广义Paris公式预测沥青路面的疲劳寿命

重复作用的交通荷载可以在路面沥青混合料细微缺陷或裂缝的尖端造成应力集中并以复杂的形式自上而下扩展,最终导致路面的疲劳开裂破坏．本文应用断裂力学的原理探讨沥青路面疲劳寿命的预测方法．计算与分析表明：广义Paris公式可以考虑沥青路面结构内材料复杂的裂缝扩展;沥青面层的疲劳寿命随着面层厚度的增加以近似线性的幂函数的形式增加;另一方面,沥青面层的疲劳寿命随着面层材料模量的降低以负指数的幂函数的形式增加．     

非均布动荷载作用下车速对粘弹性沥青路面寿命的影响

在不考虑超载情况下,为探求重载货车行车速度对沥青路面使用寿命的影响,采用层状体系理论,建立ANSYS 3-D有限元粘弹性路面结构模型;针对不同车速及非均布动荷载作用下路表面弯沉值的变化进行了计算和分析,并利用轴载换算方法对仿真结果在不同车速下的寿命比进行了比较.结果表明,当重载车速在10～32 km/h之间时,路面的动态弯沉值显著大于静态弯沉值;当车速在17 km/h时,动态弯沉比静态弯沉大22.4%,此时沥青路面的实际使用寿命比设计寿命缩短将近61.5%.在合宁高速公路上开展的交通调查结果显示,高速公路入口2 km内、收费站前1 km内、车辆爬坡路段及交通繁忙的大桥上,大多数重车的车速都处于不利行车速度,对路面实际使用寿命的影响非常显著.     

基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命评估

为研究斜拉桥锚拉板结构的疲劳性能,以一座叠合梁斜拉桥为例,采用最新钢桥规范的疲劳荷载模型加载并按雨流法处理计算了疲劳荷载谱,结合空间实体有限元模型,识别了锚拉板的典型构造细节并获得疲劳应力谱;在典型构造细节处引入初始表面裂纹,计算了裂纹尖端的应力强度因子,回归分析得到应力强度因子与裂纹尺寸的关系式,代入Paris公式积分得到了各典型构造细节的疲劳寿命,从而建立了基于断裂力学的锚拉板疲劳寿命分析方法.研究结果表明:基于断裂力学方法得到的锚拉板疲劳寿命超过了100年,满足设计及使用要求;裂纹初期扩展很慢,当尺寸达到10mm时,已消耗了60%~80%的疲劳寿命,应及时加以补强.     

沥青路面荷载型竖向反射裂缝疲劳断裂分析

根据疲劳断裂理论,分析了车辆荷载作用下半刚性基层开裂处沥青面层反射裂缝的形成机理,指出了在反射裂缝扩展过程中,荷载作用位置、层间结合状态、边界效应、材料参数等对应力强度因子的影响规律,并且建立了各结构参数下应力强度因子对裂缝扩展拟合参数的RBF(径向基函数)神经网络模型.最后,采用广义Paris公式,对路面剩余寿命进行了预估及分析.     

切口试件的激光处理对其疲劳寿命的影响

针对切口试件根部经激光处理后，材料在光斑直径大小范围内的组织硬化，从而使试件的旋弯疲劳过程由３个阶段变为５个阶段．研究了疲劳寿命在不同应力状态下的变化过程．由Ｐａｒｉｓ公式给出了计算疲劳寿命的公式，并分析了寿命变化的原因．     

西线线沥青路面的荷载应力和温度应力分析

讨论了荷载和温度共同作用下半刚性基层沥青路面的应力和裂缝尖端的应力强度因子的有限元法，针对西安－三原一级公路模型进行了计算。根据计算结果，对西三线半刚性基层沥青路面的开裂机理进行了分析。     

裂缝加铺后的长寿命沥青路面应力分析

针对裂缝病害情况下长寿命沥青路面的加铺进行有限元计算与分析,以期为长寿命沥青混合料加铺层结构设计提供理论指导.     

基于WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.     

沥青路面结构在非均布荷载作用下的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状更接近于矩形 ,且对路面的作用力也呈现出非均匀分布。采用三维有限元分析工具 ,分析了不同的沥青路面结构在不同车型及其不同荷载量、不同作用力分布形式下的力学响应分析。结果表明 :荷载的非均布特性对沥青路面结构的力学影响 ,要远大于均匀分布 ;从受剪特性来看 ,轻型货车对路面结构的影响 ,特别是当其超载时 ,是不容忽视的 ;路面结构的弯沉值并不能反映出路面结构的抗剪能力 ,相反 ,当路表弯沉越小 ,表现出路面整体强度越强时 ,其面层所承受的最大剪应力可能更大。     

交通荷载对拉索钢丝疲劳寿命的影响

钢丝的疲劳寿命主要受到荷载(特别是交通荷载)作用的影响.从疲劳裂纹扩展以及临界裂纹长度两个方面研究交通荷载对疲劳寿命的影响.首先从Paris公式出发对裂纹扩展量计算公式进行简化,指出疲劳应力幅概率分布对疲劳寿命的影响主要由其均值决定;接着采用Rice公式提供的临界交通荷载分布规律对疲劳寿命的影响进行分析,给出了疲劳寿命的失效概率计算公式.通过将以上方法应用于实桥的拉索钢丝,发现应力幅的变异性对疲劳寿命的影响可以忽略.计算结果还显示,交通荷载极值对于疲劳寿命有一定影响,其标准差可达9周以上.     

非均布轮载作用下沥青路面应力分析

轮胎对路面作用的荷载模式长期以来被简化为圆形均布的形式,与实际情况有很大区别,为此,采用三维20结点线弹性有限元方法得到了三种非均匀轮载作用下沥青路面内部的应力场,并分析了不同轮载模式下,在轮胎与路面接触区域附近,路面结构力学反应的不同规律,同时,根据超载轮胎接地压力的实际分布形式,分析了车辆超载绎路在的影响,并初步探讨了道路表面发生损坏的原因。     

沥青路面Top-Down裂缝的断裂力学分析

采用移动荷载模式,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质,利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响.研究表明随着裂缝长度增加和温度降低,张开型应力强度因子(KⅠ)和剪切型应力强度因子(KⅡ)的峰值增加.行车速度对应力强度因子的作用频率有显著影响,较慢的行车速度会加速Top-Down裂缝的扩展.与采用粒料基层相比,采用半刚性基层可降低裂尖应力强度因子.随着温度升高和裂缝长度增加,KⅠ对裂缝扩展的贡献减小,而KⅡ的贡献逐渐增加.     

温度场及非均布移动荷载作用下沥青路面力学响应分析

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.     

非均布轮载下沥青路面计算参数变化应力分析

在非均布轮载力作用下，当路面结构的力学计算参数变化时，其力学响应也有很大的不同，为此利用三维有限元的分析工具，分析了沥青路面半刚性基层回弹模量，沥青混合料回弹模量和泊松比变化时力学响应的变化规律，分析结果表明，随着半刚性基层模量的提高，面层所承受的最大剪应力增大，沥青面层混合料的模量降低时，其所承受的最大剪应力也相应增加。     

接裂缝荷载传递能力对沥青路面开裂的影响

研究了接裂缝荷载传递能力对沥青路面开裂的影响问题.基于断裂力学理论以及简化荷载传递弹簧模型,利用有限元方法计算分析了接裂缝荷载传递能力变化对行车荷载下加铺沥青面层中裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明:在荷载传递能力从无增大到较小值的过程中,应力强度因子急剧减小;在超过这个值后,应力强度因子没有明显变化.这说明,在旧水泥混凝土公路改造中,在铺筑沥青面层前应该对其接裂缝进行处理,使其达到一定的荷载传递能力,另外,没有必要使得荷载传递能力超过这个小值,避免过度处理而造成浪费.     

沥青路面非荷载型裂缝的形成机理及防治处理

本文从沥青路面裂缝的广泛性入手,详细阐述了沥青路面非荷载裂缝类型及其成因,并具体分析了非荷载型裂缝产生的机理.确定了影响沥青路面非荷载裂缝的主要因素,从而为非荷载型裂缝的防治提供理论依据,并据此提出了相应的防治处理措施.     

考虑非均布轮载效应时超载对沥青路面结构的力学影响

超载是中国公路上普遍存在的现象 ,而且超载时轮胎接地压力往往表现出非均匀分布特性 ,这将对路面结构产生很不利的影响。采用三维有限元分析方法 ,分析了柔性基层和半刚性基层的沥青路面结构 ,在不同的超载量情形下路面结构应力响应的差异。     

断裂力学法研究多轴疲劳裂纹扩展的速度

若对裂尖附近的单轴应力场应用叠加原理,则可合成多轴裂尖应力场分布;由裂尖处材料微元体在合应力下的破坏应当服从第四强度理论,则导出多轴作用下的等效应力强度因子;借用Paris公式的形式,则导出了一个多轴疲劳裂纹扩展速度的等效公式;这个公式应当具有工程上的意义。     

疲劳拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展分析

贮箱在长时间工作状态下会衍生出很多疲劳裂纹,这些裂纹的存在不仅影响容器的结构强度与使用寿命,还威胁到工作人员的人身安全,因此开展贮箱材料疲劳裂纹的动态扩展以及寿命机理的分析研究。通过Franc3D裂纹分析软件,预制不同长深比的半椭圆裂纹试样,研究裂纹动态应力强度因子在疲劳拉伸载荷作用下的变化规律,同时开展裂纹扩展路径、速率和寿命的探究。结果表明：不同长深比的半椭圆裂纹在扩展过程中尖端动态应力强度因子分布规律基本一致,且近表面处强度因子数值大小最高,仿真结果的裂纹形貌仍为半椭圆形;裂纹刚开始扩展时扩展速率近乎相等,随着载荷循环次数的增加,扩展距离呈指数型增长,近表面处的扩展速率最高,长深比小于等于1的裂纹在近表面的扩展速率基本相同。     

探讨水平荷载对沥青路面表面破坏的影响

沥青路面已成为我国道路路面的一种重要形式.但由于忽视了结构设计,在已建成的沥青路面中,沥青路面不同程度地出现早期破坏现象.通过计算水平荷载,以及垂直荷载及其合作用下路面力学的响应,分析沥青路面表面损坏的机理.结果表明,沥青路面的损坏是水平荷载和垂直荷载,以及环境等因素导致的剪切或拉伸破坏,水平荷载破坏的主要因素.