FWD荷载作用下碾压混凝土基层沥青路面的动态响应试验

为研究碾压混凝土基层沥青路面在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动态响应,铺筑了试验路,通过在试验路内部布设应变传感器,获取了不同工况条件下试验路路面结构层内的应变响应,分析了碾压混凝土基层沥青路面的动态特性及荷载、温度等因素对路面动态响应的影响,构建了碾压混凝土基层沥青路面结构沥青面层底最大水平拉应变预估模型.结果表明:FWD荷载作用下,在距离荷载板中心30 cm范围内路表弯沉变化较大,距离荷载板中心30 cm范围以外,路表弯沉随位置变化的幅度较小,且温度越高,这种趋势越明显;在加载中心点的正下方,路面结构层内部表现为拉应变,且荷载越大,应变越大;相同荷载作用下,碾压混凝土基层沥青路面的底基层、基层与面层底的应变均小于传统半刚性基层沥青路面,随着荷载水平增加及温度升高,路面结构层内部的应变逐渐增大;路面结构层底的应变随荷载增加呈线性增加,随温度升高呈指数增加,路面温度升高50%,50 kN荷载作用下沥青面层底的应变水平与100 kN荷载相当.     

脉冲荷载下沥青路面粘弹性响应分析

为客观反映沥青路面结构的行为特性,需在结构响应分析中综合考虑粘弹性和脉冲荷载等因素.为此,对沥青路面路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变在脉冲荷载下的粘弹性响应进行了分析.计算了典型沥青路面结构3种响应的单位响应方程,然后利用Boltzmann叠加原理分析了路面结构在半正弦脉冲荷载下的粘弹性响应,并分析了行车速度对...     

沥青路面线性疲劳损伤特性及形变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性并分析其形变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及其二次开发平台,建立考虑路面材料疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤和水平正应变的空间分布与演化规律,以及路表弯沉随荷载作用的演变规律.结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,基层层底与底基层层底损伤度随荷载作用均增加,但增加幅度逐渐减小;路面结构层内水平正应变在荷载作用下,靠近层底位置拉应变逐渐增大,但增加幅度逐渐减小,中性轴上移;路表弯沉在荷载作用下逐渐增大,但增加幅度逐渐减小.研究结果可为沥青路面结构设计、养护维修及长期性能预测提供理论支撑.     

沥青路面三向应变响应现场实测研究

沥青路面动态应变测试是掌握结构内部真实受力状态的有效手段。与单点单一方向应变测试方法不同,设计了沥青路面三向应变的测试方法,并给出了现场布设工艺;最后,进行了不同荷载条件下的动态应变现场实测结果的初步分析。结果表明,沥青路面现场三向应变测试提供的信息丰富,测试结果中能够看出沥青路面具有粘弹特性;不同荷载条件作用下,路面结构的应变响应具有显著的差别,基本随着车辆速度的增大而减小。最后,给出了沥青路面应变现场测试的建议及进一步的研究方向。     

单周期荷载作用下纤维沥青路面的动态响应

为了研究动荷载作用下纤维沥青路面的响应,基于弹性理论,应用有限元方法分析单周期动荷载作用下,不同的荷载作用时间、路面体阻尼比、土基模量和加载方式对不同纤维沥青路面结构的路表最大弯沉的影响规律.对于不同纤维沥青路面结构:不同荷载作用时间下,路面的动静态弯沉差值基本接近;随着路面体阻尼比的逐渐增加,路面的动态弯沉逐渐减小,但减小率和到达最大动弯沉对应的时间基本接近;随着土基模量的逐渐增加,路面的动态弯沉逐渐减小,但减小率基本接近;半矩形波荷载比半正弦荷载作用下的路面动态弯沉大,而弯沉差值基本接近.分析表明,在单周期动荷载作用下,纤维的加入提高了路面的整体抗变形能力,但对路面的动态弯沉影响规律基本相同.     

级配碎石基层沥青路面FWD反算模量换算系数

为了获取真实反映沥青路面结构力学特性和材料性状的结构模量参数,铺筑了4种结构级配碎石基层沥青路面足尺试验路,对其进行加速加载疲劳破坏试验和路面弯沉检测。基于FWD弯沉测试方案,应用分层检测分析方法逐层检测了路面结构层的弯沉,并根据足尺路面加载破坏的损坏程度,进行了路表FWD弯沉测试和弯沉迭代反演,分析了FWD反算模量受荷载水平、位置和路面温度的影响规律,建立了FWD反算模量与实验室动态模量的关系,提出了沥青混凝土、级配碎石和路基土实验室动态模量与FWD反算模量的换算系数K。研究结果表明：沥青混凝土模量受温度和轮载作用的影响最大,路面结构完好的沥青层反算模量换算系数K=0.7~1.0;路面出现Top-down开裂后,K=1.3~1.5;沥青层层底出现疲劳破坏时,K>1.5;级配碎石层反算模量换算系数为1.32~1.49;土基反算模量换算系数与其所受的应力水平及土质类型相关,随应力水平的降低,土基反算模量换算系数减小。     

竖向动态荷载作用下沥青路面力学响应分析

在动荷载作用下,沥青路面结构的应力、弯沉值变化规律同静载作用时不同。应用有限元程序NASTRAL对沥青路面在竖向动态载荷作用下的路面结构响应进行了数值模拟,分析了二维平面应变模型动态响应规律。指出在竖向动态荷载作用下,随着车速的增加,路面的最大弯沉将减少,其值视动载作用时间不同而为静载作用时的几分之一到十几分之一。当载荷消失后,路面内各计算点的应力值迅速减小,尤其竖向应力减小幅度更大。路面最大弯沉值与路面内各计算点的应力最大值出现时间不同,应力在载荷消失后立即达到最大值或延迟时间非常短,而弯沉最大值延迟时间相对较长。     

层间接触条件对沥青路面力学响应的影响

中国现行沥青路面设计以路表弯沉、沥青层底及半刚性层底拉应力为设计指标,层间条件假定完全连续。实践中路面分层修筑,层间不完全连续,对路面结构受力状态影响甚大。以京津塘高速公路改扩建工程为依托,假定层间完全连续与层间不完全连续2种状态,以壳牌计算软件Bisar 3.0和数值软件Matlab 7.0分析了3类常见沥青路面在2种层间接触条件下的三维力学响应分布及最不利受荷点。结果表明：层间结合不连续导致结构内应力、应变骤增;各类路面在不同层间状态下出现最大应力及应变的位置不同;2种层间条件下复合式路面的响应均居于柔性与半刚性路面之间;路面结构设计时,应在现行规范的基础上,对层间不完全连续状态下指定点位处的力学指标进行验算,为路面在运营期内的可靠度分析提供依据。     

典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析

针对半刚性路面(S1)、倒装式路面(S2)、组合式路面(S3)开展三维有限元计算,分析其面层底动态应变的空间分布特性及车辆荷载参数对沥青路面动态应变响应的影响规律;同时,基于应变响应及沥青层疲劳预估方程,对比不同类型路面的疲劳寿命.结果表明:行车荷载在沥青路面面层层底平面所引起的拉应变主要集中在轮印作用区域,其由应变值所表征的最不利位置出现在轮印面积中心;车辆动载条件下的应变响应量小于静态荷载模式,其中,S2的动、静力差异性表现尤为显著;随着轴质量的增加,面层底动态应变逐渐增大;而随着车速的提高,应变响应量逐渐减小;随着轴质量的增加,沥青层疲劳寿命急剧减小;在行车安全的前提下,合理提高车辆行车速度有利于提高沥青路面使用寿命,3种路面的面层疲劳寿命排序为S1>S3>S2.     

基于弯沉指数的水泥混凝土路面板角脱空识别

采用弹性地基板模型，分析了落锤式动态弯沉仪（FWD）荷载作用下水泥混凝土路面的弯沉规律，回归得到了板角脱空范围与地基类型、地基板相对刚度半径、路面板弯沉指数（FWD荷载作用于板角和板中时的荷载中心点弯沉之比）以及邻板传荷能力之间近似关系式．建立了通过板角和板中的FWD实测弯沉盆数据，对比理论计算结果判别水泥混凝土路面板角脱空状况的方法．     

温度场及非均布移动荷载作用下

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

基于车辆加载实验的沥青路面动力响应分析

为研究车辆荷载作用下路面结构的动力响应,对沥青路面进行不同轴重,车速及不同的沥青层厚度条件下路面动力响应实测。结果表明:(1)柔性基层底部、下面层底部应变随车速增加而减小,随轴重增加而增大;(2)轴重相同时,下面层底部应变大于柔性基层底部应变;(3)下面层底部及柔性基层底部应变均随沥青层厚度增加而减小,厚度增加至23 cm时柔性基层底部应变不再显著降低;(4)基于层状弹性理论体系的计算结果与实测应变发展趋势并不一致,计算结果显示柔性基层底部应变大于下面层底部,拉应变随深度增加而增大,而实测结果表明最大应变并没有如计算那样出现在柔性基层底,而是出现在下面层底,因此经典层状弹性理论体系中以沥青混合料层底拉应变为最不利应变具有一定局限性。     

实桥加载下钢桥面沥青铺装层应变动态响应

为获取钢桥面沥青铺装结构的实际力学响应情况,对上海市昌吉东路大桥进行梁式桥实桥加载试验,分析了沥青铺装层(沥青玛蹄脂与环氧沥青混合料)不同层位在匀速、刹车动载作用下的纵横向应变,研究表明,路表处应变最大,为最易破坏部位;同一测点应变在匀速及刹车时具有相同的响应状态;纵向动态应变具有压拉交替及波动特性,横向动态应变仅具有波动性;动态应变随深度、车速增大及轴重减小而呈减小趋势;同一层位横向应变大于纵向应变,且前者幅值较后者对影响因素更为敏感;动态应变及其幅值对轴重、车速的敏感程度均自上而下减小;动载瞬间应变与静载应变间差异视层位不同而异.结果可为后续钢桥面铺装结构设计及材料选择提供参考.     

新疆荒漠区沥青面层疲劳寿命分析

针对新疆荒漠区典型沥青路面结构,采用现场原型车辆加速加载试验手段,分析新疆荒漠区不同路面结构在实际路面荷载工况下,对沥青面层疲劳寿命的影响。结果表明:现场原型车辆加速加载作用下沥青路面层底最大拉应变随着时间的增长而增大,且与时间的数学模型关系为相关性较大的对数函数关系;当超载率从0.31%~39.84%时,沥青面层底拉应变急剧增加,从而加速了沥青路面疲劳破坏进程;同时,超载越严重沥青路面结构设计对增加路面疲劳寿命的影响就越小。     

FWD作用下沥青路面动态弯沉数值分析

在有限元原理的基础上,建立了沥青路面动力特性模型,并通过与实测数据进行对比分析验证所建模型的精度,研究了在FWD作用下路面厚度、模量、加载速度对路面动态弯沉的影响.研究结果有助于根据路面结构的动力特点进行路基路面结构设计,同时对分析路面损坏的原因及采取何种预防措施提供参考及依据.     

半刚性基层沥青路面与全厚式沥青路面疲劳特性比较

沥青混合料疲劳试验的荷载控制模式有应力控制和应变控制两种。文章经理论计算分析了半刚性基层沥青路面和全厚式沥青路面的沥青层在交通荷载作用下疲劳时的应力和应变状态。从而研究相应于两类沥青路面沥青混合料疲劳试验合适的荷载控制模式。计算表明 ,随着面层和基层材料劲度的逐渐下降 ,两类沥青路面的沥青层层底的弯拉应力和弯拉应变的变化规律有所不同 ;全厚式沥青路面沥青层层底的弯拉应力和弯拉应变随混合料劲度的变化规律 ,更加类似于应变控制模式的疲劳试验时小梁试件的应力、应变的变化规律。因此 ,全厚式沥青路面沥青混合料的疲劳试验更适宜采用应变控制的荷载模式。     

沥青路面在半正弦荷载下的力学响应

研究轮胎/路面的接触印迹特征及随机荷载作用特点,采用ABAQUS软件构建路面结构三维有限元模型,对半正弦荷载作用下的沥青路面力学响应进行分析。结果表明,半正弦荷载作用下沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中,应力应变值随路面深度的增加而逐渐减小;沥青路面的竖向、横向及纵向应力最大值均出现在上面层,且竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向、横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,且路面结构内部出现反复的纵向拉-压变形,这很可能是沥青路面轮迹带附近材料产生疲劳损坏的根本原因。另外,荷载作用时间和路面温度对沥青路面应变的影响要大于其对应力的影响,路面温度的升高导致应变增大且延迟了残余应变的恢复时间。