基于FWD的沥青层反算模量修正系数

针对室内沥青混合料试验动弹模量与无损检测反算模量存在一定的差异,通过试验路的铺筑、落锤式弯沉仪（FWD）现场测试、试验路的钻芯取样、沥青混合料的旋转压实成型、室内动三轴试验、各沥青层模量的复合和试验路结构模量的反算,得到了沥青混凝土层室内试验动弹模量ES与无损检测反算模量EB,并对二者试验结果处理分析,得到了沥青层反算模量修正系数K,即K=EC/EB。研究结果表明：根据K的取值可以确定现有路面实测状况下路面结构沥青层的动弹模量,更加方便路面承载能力的评定,同时也为路面加铺设计中相应的设计参数提供了依据。     

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。     

基于FWD动态弯沉盆的旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构模量反算

采用落锤式弯沉仪(FWD)测得旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构弯沉盆弯沉值,利用ABAQUS有限元软件子程序对沥青层温度场进行模拟,并利用SIDMOD程序和EVERCALC程序对旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构模量进行反算分析。研究结果表明:通过温度场有限元模型模拟得到的沥青层不同深度处的温度与实测温度相比较,最大相对差为4.7%;SIDMOD和EVERCALC这2种程序对旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构的模量反算结果显示出良好的一致性;与设置刚性下卧层相比,不设刚性下卧层时,沥青层和土基这2层的模量均偏大,而中间层的模量偏小,其原因是共振碎石机械在工作时除了对旧水泥混凝板产生作用外,对水稳碎石层和土基均存在不同程度的扰动和结构破坏现象;没有设置刚性下卧层使土基模量偏高。     

沥青路面结构响应的试验分析

分析落锤式弯沉仪的弯沉数据得到的路面层模量与实测的沥青层芯样劲度模量,然后利用理论的模型计算路面响应,比较测量和理论计算的值。采用多层弹性理论反算模量。正算时采用了三种不同的理论模型,三种模型分别为多层弹性理论;当量厚度的线弹性方法及考虑沥青层粘弹性的有限元方法。结果表明,利用有限元方法计算的结构响应更加接近实际测量结果。     

沥青层模量累积疲劳损伤衰减的试验研究

在加速加载试验过程中,采用落锤式弯沉仪测量不同轴载作用次数下路面弯沉,反算沥青层模量,得到路面整个寿命周期的沥青层模量衰减模型.结果表明,累积疲劳损伤下,沥青层模量与加载作用在半对数坐标成线性相关.     

沥青路面三层结构模量反演最佳反演点的确定

进行沥青路面三层结构模量反演,利用惰性弯沉点反演出土基模量后,再利用荷载中心点和距离荷载中心点附近的一点进行面层和基层模量反演时发现可能存在反算面层和基层模量的最佳反演点,通过大量的模量反算证实了最佳反演点的存在,寻找到最佳反演点的位置,并从理论上解释了最佳反演点存在的必然性.通过与国内外模量反算方法的对比,说明利用最佳反演点反演沥青路面三层结构模量不仅精度高而且效率也很高,使大量的模量反算成为可能.     

基于正交设计的乳化沥青冷再生下面层力学特性分析

目的研究乳化沥青冷再生材料作为沥青路面下面层的力学特性,推荐合理结构参数.方法采用正交试验设计方法,运用ABAQUS有限元分析软件对不同路面结构进行模拟分析.结果当乳化沥青冷再生材料厚度大于10 cm,模量大于800M Pa;水泥稳定碎石厚度大于40 cm,模量大于1 600 M Pa;土基模量大于70 M Pa,沥青路面路表弯沉、AC-10面层最大剪应力和层底弯拉应力、乳化沥青冷再生下面层最大剪应力和层底弯拉应力等效果较好.结论在路面结构层参数合理的情况下,乳化沥青冷再生材料可以作为沥青路面下面层使用.     

路面结构模量反演的蚁群算法研究

路面结构模量反算是一个复杂的非线性优化问题.通过对待反算参数进行离散,将路面结构参数反算问题转化为组合优化问题,建立了基于蚁群算法的路面结构参数智能反演模型.通过理论和实测弯沉盆的反算及分析,获得了满意的反算结果.研究表明,采用蚁群算法进行路面结构层模量反演,有效地解决了常规最优化算法的初始值和局部收敛的问题,不需多次调用正分析程序,提高了计算效率,是一种精度好、速度快、结果稳定且全局收敛的模量反算方法.     

温度和车速对半刚性基层沥青路面 模量场和疲劳寿命的影响

为分析半刚性基层沥青路面中沥青层模量在时间域和空间域上的分布特征,研究模量场年变化对结构层疲劳寿命的影响,将沥青面层细分为1 cm厚的亚层,基于Odemark法经迭代计算得到了沥青层中的模量场分布,分析全年456种工况下路面结构的力学响应,基于Miner线性疲劳损伤模型计算得到了考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数.结果表明:模量场随时间显著变化,车速为70 km/h时,沥青层各深度处的模量年最大与最小值之比达20.1～34.9,且同一时间沿路面深度方向的模量不相等;车速对模量场有显著影响,车速120 km/h与10 km/h时,沥青层模量之比达1.12～2.28;路面结构的疲劳寿命分析中,应考虑模量场年变化的影响,在20℃、10 Hz标准工况下分析得到的上基层疲劳寿命偏保守,下基层疲劳寿命偏危险,建议采用考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数调整标准工况下计算得到的结构层疲劳寿命.     

沥青混合料力学性质应力依赖性研究

为客观地反映沥青路面的力学行为,需要对温度、频率及应力状态这3个因素的影响进行综合考虑.通过对沥青混合料不同条件下动态模量试验结果的分析,表明沥青混合料的力学性质具有应力依赖性,尤其在温度较高时更为明显.以Sigmoidal函数为基础,结合Hirsh模型、k-θ模型和Arrhenius函数建立了沥青混合料动态模量应力依赖性的模型.根据试验结果确定了其参数,并对其进行了有效性验证.该模型将温度、频率及应力状态对沥青混合料力学性能的影响归入统一的数学公式中,可以方便地用于路面结构分析.利用非线性三维有限元对典型沥青路面结构进行了分析,得到了路面结构内的应力状态对沥青层动态模量分布的影响规律.     

沥青路面沥青层剪应力变化简化模型研究

根据层状弹性理论利用有限元软件ANSYS建立了计算多层沥青路面的有限元模型,并利用其计算多层沥青路面结构的沥青层剪应力沿深度方向的分布规律,通过计算大量结构分析总结出沥青层剪应力随着面层厚度、基层模量和基层厚度改变的变化规律;在这些规律的基础上通过修改伽马分布的密度函数的公式试算得出了沥青面层沿深度方向剪应力规律曲线的数学方程.结合此方程和本课题组研究的车辙预估方程编纂了计算剪应力分布和路面车辙预估的应用软件.     

基于有效模量的沥青路面加铺层设计方法

中国沥青路面加铺设计方法单纯采用旧路面的弯沉作为设计指标,无法指导路面病害较为严重时所需要进行的路面加铺设计。参考AASHTO设计方法中旧沥青路面层系数的建议值,根据模量和层系数的关系,确定了半刚性基层沥青路面结构层的有效模量建议值,并结合中国沥青路面设计方法,提出基于结构层有效模量的半刚性基层沥青路面加铺层设计方法。通过沥青路面加铺设计实例,根据路面病害状况确定了各结构层的有效模量,得到加铺层厚度为10cm。结果表明：该方法设计结果与美国AI法结果基本一致,略低于AASHTO设计结果;避免了当路面代表弯沉值较小时,按现行规范无法进行加铺的情况。     

基于改扩建工程的路面温度场对沥青混合料动态模量影响规律

为了研究沥青路面温度场与材料模量的关系,通过实测高速公路改扩建工程旧路与拓宽段路面温度场,分析了沥青路面各结构层的温度变化规律,进而研究了路面结构温度场对沥青混合料动态模量的影响规律。结果表明,沥青路面温度的全年分布呈现双驼峰曲线,分别在5～10℃和25～30℃存在两个峰值;路面材料动态模量与温度累积天数之间,随着温度的增加,动态模量呈减小趋势;上、中面层材料存在部分40℃以上的累积天数,此时的材料模量较低。而其他更深结构层次的材料则基本不受40℃以上的影响;随着路面材料模量的变化,早上路面各结构层内温度全天最低,计算出的沥青层底拉应变也最小;下午温度全天最高,计算得到的拉应变也越大。     

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.     

钢桥面铺装现场实测性能对比研究

现有桥面铺装相关研究在室内实验性能方面较多,在实际使用性能方面研究较为匮乏。采用路面使用性能指数评价与室内试验相结合方法对环氧沥青铺装和复合式铺装(沥青玛蹄脂+浇注式沥青混凝土)两种铺装层的现场使用性能进行对比分析。路面使用性能检测结果表明:两种铺装的国际平整度指数与横向力系数基本相当,复合式铺装的车辙深度大于环氧沥青铺装。间接拉伸动态模量试验表明:铺装层动态模量与加载频率成正比,与温度成反比,环氧沥青铺装动态模量大于复合式铺装。GPC试验结果表明:环氧沥青铺装病害区与无病害区LMS比值差异显著,复合式铺装则不明显;集料筛分结果显示推移拥包区浇注式混凝土细集料比例较无病害区高50%以上。两种铺装的病害各有特点,但都与层间结合不良或失效有关。     

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．     

疲劳试验中沥青混合料的弯拉劲度模量

为了确定弯拉劲度模量是否适用表征疲劳过程中试件的力学状态变化,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳过程中弯拉劲度模量随应变水平的变化情况,应变水平的变化模拟了实际路面厚度变化变化对层底拉应变的影响。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数的增加而急剧减小;随着应变水平的降低,衰减趋势逐渐变缓;通过研究发现,弯拉劲度模量可以用于表征应变疲劳过程中沥青混合料试件力学状态变化,并由此推算混合料的疲劳寿命。     

基于摩尔库仑模型玻璃纤维格栅加强沥青路面二维有限元分析

车辙是沥青路面主要的破坏形式之一.过去很多研究表明摩尔库仑模型能够设计沥青混合料和分析在荷载作用下沥青路面行为.因此,基于摩尔库仑模型采用有限元软件模拟评价玻璃纤维格栅应用在沥青层面的性能,考察且评价了玻璃纤维格栅强度,沥青面层厚度和玻璃纤维格栅在沥青面层里的位置对沥青路面的抗车辙能力的影响.     

桥面构造及铺装层对正交异性钢桥面板力学性能的影响

为研究桥面细部构造和桥面铺装对正交异性钢桥面板力学性能的影响,确定合理的构造,以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋与多种缺口形式的横隔板相组合形成正交异性钢桥面板结构体系,并铺设不同厚度、不同弹性模量的沥青混凝土铺装层,建立相应的有限元实体模型进行加载,分析纵向加劲肋截面形状、横隔板缺口形式及铺装层弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板力学性能的影响规律。结果表明:加劲肋上口间距越小,改善桥面板受力性能越明显,其中加劲肋B(梯形加劲肋侧板与底板采用圆弧连接)受力性能较好,且用料少;缺口Ⅰ、缺口Ⅲ的应力集中情况好于缺口Ⅱ,因此应合理选用缺口Ⅰ和缺口Ⅲ,但缺口Ⅲ需要优化;顶板与纵向加劲肋连接处应力高,为力学性能敏感区域;铺装层弹性模量增加,钢桥面板最大主应力减小,铺装层厚度增加,钢桥面板和沥青表面最大主应力均减小,因此铺装层弹性模量与厚度要综合设计,以使钢桥面板受力性能最优。     

基于横观各向同性的沥青路面加铺层力学分析

考虑到沥青混凝土呈现一定的横观各向同性特性,采用有限元数值分析方法,建立沥青加铺层路面三维有限元模型;将沥青加铺层及旧沥青面层视为横观各向同性体,并考虑了加铺层温度场特性和沥青混合料模量随温度变化的特性以及层间接触状态,研究了不同温度条件下沥青加铺层路面的力学行为,分析了沥青混合料的横观各向同性对加铺层路面的变形和应变等的影响.研究结果表明,沥青混凝土的横观各向同性及模量梯度特性和层间结合条件对加铺层受力状况都有较大影响.