沥青路面核心设计理论的统一

从沥青路面的结构行为方程出发，以上海地区的环境条件为例，按基于性能设计方法优化得出若干路面结构，通过对各路面结构的力学分析和计算，建立沥青层底面拉应变和路基顶面压应变与路面寿命之间的关系，即导出路面现场疲劳方程．将其与国外主流设计方法和我国规范设计方法中采用的疲劳方程进行了对比，结果表明：结构行为分析法与国际现行的设计方法具有内在的一致性，它统一了目前使用的不同类型的设计方程和设计分析理论，实现了路面力学性能与使用性能的统一．     

沥青路面力学响应变异性的蒙特卡罗模拟分析

针对沥青路面参数具有变异性的特点,采用蒙特卡罗法和沥青路面力学模型生成路面参数,并采用概率统计方法进行路面力学反应的变异性分析.根据此思路,以Mat-lab为平台,设计出沥青路面参数变异性分析的计算程序,并将该程序应用于沥青路面力学响应的变异性模拟分析.结果表明,模拟分析得到的沥青路面力学响应的分布与实际情况接近.文中还运用路面疲劳损伤模型考察了沥青路面结构参数变异对沥青路面疲劳性能的影响.     

自然条件下沥青路面结构的温度分布

利用笔者曾提高的路面计算方法,对半则性基层沥青路面温度场温度场进行了分析,揭示了外界气候条件、路面材料的热工性能与路面结构的温度分布和温度速率之间的内在关系。并从有利于沥青路面低温抗裂的角度,对路面结构材料等进行了讨论。研究表明：路面温度越低、降温速率越大、低温时间越长,则沥青路面开裂的可能性越大。采用中粒式或粗粒式沥青混凝土比采用细粗式沥青混凝土作面层材料要好     

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.     

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.     

季冻地区干线公路沥青路面结构设计研究

根据季冻地区交通状况和气候条件等因素的调查分析,提出适宜在季冻地区干线公路使用的半刚性沥青路面3层面层结构、半刚性沥青路面2层面层结构和组合式基层沥青路面结构。利用我国路面设计程序PADS和BISAR路面计算程序对结构方案进行计算分析。计算数据表明,所提出的设计结构是安全的。     

基于路用性能的沥青路面全寿命周期设计方法

选择沥青路面的车辙、疲劳裂缝和温度裂缝等主要病害作为路用性能路面设计的主要指标,结合交通荷载、环境、材料组成、路面结构的力学反应量等因素,对路面结构各层永久变形进行预估,分析了沥青层的自上而下裂缝、自下而上裂缝及温度裂缝,并将路用性能分析应用到全寿命周期效益、费用计算和养护方案选择中,并提出基于路用性能的沥青路面全寿命周期设计新方法及计算流程.采用该方法对石家庄一安村高速公路路面车辙、裂缝进行预测,并与实测值对比,同时,对新建段路面结构进行设计.研究结果表明:路面车辙及自上而下裂缝模型预测值与实测值相差较小,偏差小于20％;自下而上裂缝及温度裂缝模型预测值与实测值相差相对较大,偏差大于40％;路面状况指数预测值适用性较好;该方法对沥青路面设计有较好的适用性,达到了从结构材料设计一体化及全寿命周期角度考虑路面设计的目的.     

按预测轴载谱分析沥青路面的疲劳损伤

现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2006)轴载等效换算方法难以反映超载、重载交通对路面结构的影响。结构层参数取值未考虑结构层在疲劳过程中的材料损伤,是重载交通沥青路面出现早期破坏的原因之一。采用预测轴载谱和Miner法则,计算分析了路面结构的疲劳损伤累积过程,并考虑不同使用阶段路面基层模量衰减对路面结构损伤进程的影响。结果表明,半刚性基层厚沥青面层路面结构的疲劳损伤累积进程明显优于目前国内较典型的半刚性基层沥青路面结构。研究结果为重载交通沥青路面结构设计指明了方向。     

耐久性再生集料半刚性基层沥青路面三阶段结构设计

再生集料半刚性基层沥青路面在重复荷载及环境因素影响作用下,经历整体、板体、块体和散体的复杂状态。提出了基于三阶段设计方法的耐久性再生集料半刚性基层沥青路面结构设计,并进行了相关的计算分析。结果表明,三阶段结构设计更能体现再生集料半刚性基层沥青路面结构层在不同阶段对应的路面寿命。分阶段选用的材料参数与实际路面结构层材料的工作状态基本吻合,设计的路面结构使用状况比现行采用弯沉值作为唯一设计参数设计的路面结构更符合现实,更能准确地反映了路面结构状态的发展过程。     

基于使用性能的沥青路面结构方案比选分析

在进行沥青路面结构设计时,从众多的路面结构方案中选择出最适合的方案是一个比较困难的问题,路面结构的力学特性是否合理将直接影响到路面的使用性能.通过使用有限元计算的方法对不同的路面结构形式进行受力分析,并建立各不同路面结构的使用性能衰变方程来分析各路面结构的使用性能变化规律,综合比较受力分析的结果和所建立的各路面结构性能曲线,可以从考虑性能的角度出发为路面结构方案比选提供一个可行的方法.