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。     

水泥路面板再生集料基层沥青路面性能预测

通过室内试验分析了旧水泥路面板再生集料的技术指标,获取再生集料半刚性基层相关性能。研究结果表明旧水泥路面板再生集料具有良好的路用性能。在此基础上,笔者运用路面设计软件AASHTO 2002 M-E PDG对再生集料半刚性基层沥青路面进行性能预测,讨论新建沥青路面结构组合的可行性,从而为实际工程应用提供理论依据。     

不同类型基层沥青路面设计指标的控制

以西安—铜川高速公路改扩建工程为依托,分析半刚性基层沥青路面、复合式基层沥青路面及柔性基层沥青路面的破坏形式,并建立与之相对应的设计指标体系。采用壳牌计算软件Bisar3.0分析材料参数对路面力学响应的敏感性,从路面受力均衡角度验证各类沥青路面设计指标的合理性。结果表明:对柔性路面采取弯拉应变与面层剪应力指标进行双控,可实现基层模量的合理取值;半刚性路面与复合式路面采取基层拉应力与面层剪应力指标进行双控,可对半刚性基层模量起到牵制作用;沥青路面设计增加抗剪指标尤为必要,可对材料参数起到制约作用,实现结构设计与材料设计的双重优化。     

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。     

刚性路面柔性联接层有限元分析

基于中国半刚性基层水泥混凝土路面的使用经验,通过增加柔性联接层对现有路面结构进行改良,从而改善半刚性基层水泥混凝土路面的受力状态.利用有限元方法,建立加铺柔性联接层的水泥混凝土路面结构的3D有限元模型,对不同联接层材料模量和厚度情况下的路面各结构层进行力学分析.研究结果表明:半刚性基层自身变形随联接层厚度增加而递减,面层变形基本不受影响;水泥混凝土面板板底最大拉应力随联接层模量的增大逐渐减小,而半刚性基层和联接层层底拉应力逐渐增加;以上各结构层的变形能力和力学性能随联接层厚度和模量变化而变化的规律,为确定联接层合理的层厚和材料参数提供了一定的理论基础.     

半刚性基层沥青路面层间接触临界状态值的计算方法

为了准确地模拟实际道路结构层的层间接触状态,计算荷载下道路结构层真实的应力、应变响应,采用分形理论和层间接触理论,对半刚性基层沥青路面层间接触状态进行微观分析;在此基础上建立了路面结构的层间接触模型,根据级配分形维数值的公式计算了沥青面层、半刚性基层层间接触临界值的大小.分析结果显示:在其他条件保持恒定的情况下,当层间有效接触面积大于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于弹性状态,宏观上路面结构表现出弹性性质;当层间有效接触面积小于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于塑性状态,宏观上路面开始发生塑性损伤变形.提出了依据级配计算路面结构层间接触状态值的方法,可以纠正我国道路结构设计规范里基于线弹性层状理论,假设层间接触完全连续或完全光滑与工程实践存在明显偏差情况,从而更清晰的分析路面微观结构与宏观路用性能之间关系.     

半刚性基层沥青路面结构特性分析

针对高速公路半刚性基层沥青路面的早期损坏,从路面结构层层间状态、路面抗裂、路面荷载特性、路面耐水性、路面养护特性等5方面分析了半刚性基层沥青路面结构特点,提出防止路面早期损坏的措施。     

沥青路面结构永久变形环道试验研究

为了分析厚沥青层的柔性基层和半刚性基层沥青路面在轮载作用下各结构层永久变形发生发展的规律,通过在50～60 ℃高温下进行的室内大型足尺环道路面加速加载试验,测试了不同轮载作用次数下沥青路面各结构层的永久变形.环道试验测定结果表明:对于本试验三种沥青层厚度超过20 cm的沥青路面结构,土基对车辙的影响很小,级配碎石柔性基层和水泥稳定碎石半刚性基层对车辙的影响也很小,路面永久变形主要发生在20 cm深度范围的沥青层内.     

半刚性基层沥青路面的设计理念与方法探讨

论文从设计指标选择、设计计算指标容许值和半刚性基层状态三个方面，分析了半刚性基层沥青路面的设计理念，并综合分析结果．探讨了沥青路面结构两阶段设计方法，给出了设计方法的基本步骤。     

柔性基层在重载道路补强中的可行性分析

路面结构组成中,基层类型是影响道路使用性能重要因素。柔性基层与半刚性基层是道路基层的2种基本类型。长期使用实践证明了占据着主导地位的半刚性基层不可忽视的一些缺点,尤其在道路补强中更体现出容易开裂的缺陷。当旧路需要加铺补强层时,在旧沥青路面上加铺半刚性基层,旧路面的裂缝会反射上来,在重载作用下,新路面可能比原来损坏的更快,设计合理的柔性基层是解决重载交通下车辙问题最经济有效的途径之一。为了从理论上进一步确定重载道路补强时合理的基层类型,文中通过建立具有不同基层类型的2种典型道路结构,定义了对应的材料模型和物理模型,运用ABAQUS有限元软件计算了重载交通条件下2种不同基层结构的力学特性。计算表明,在重轴载作用下,半刚性基层结构的受拉区范围大于柔性基层,会使相应的结构层更容易产生疲劳开裂现象;计算结果显示,重载作用下,柔性基层处于受压状态,具有较好的疲劳性能,可以有效减少沥青路面结构中的应力集中现象,能更好地延缓路面反射裂缝的发生。该有限元分析结果从力学角度证明了柔性基层作为重载交通道路的补强层是一个很好的选择,也为柔性基层在重载道路补强中的应用提供了理论依据。     

土工格栅加筋半刚性基层材料的抗弯拉强度试验

针对半刚性基层易开裂的缺点，提出了在半刚性基层材料下加铺土工格栅的防裂措施。利用MTS810材料试验机，采用三分点加载方式，进行了土工格栅加筋半刚性基层材料的抗弯拉强度及弯拉模量的力学性能的室内模型试验研究，并铺筑了试验路进行验证。结果表明：土工格栅的加入扩散了半刚性基层底面的弯拉应力，有效延缓了荷载型裂缝的发生，提高了路面的承载能力；可使半刚性基层的临界应变值提高18％，改善了半刚性基层的变形能力，特别对延缓半刚性基层的温缩裂缝尤为有利。     

半刚性基层预锯缝及铺土工布的路面防裂措施

针对半刚性基层客易产生收缩裂缝，并容易导致面层产生反射裂缝的缺点，提出了“半刚性基层预锯缝＋土工布”防裂措施，并分析了影响预锯缝间距的因素。通过力学分析，推导了不开裂基层锯缝间距和带条土工布设计方法，并铺筑了试验路进行验证。结果表明，基层预锯缝可以延长基层开裂间距，从而减少了半刚性基层沥青路面的开裂率；在基层预锯缝处铺设60～100cm宽的土工布可以有效防止或延缓面层反射裂缝的产生。     

沥青路面车辙预估方法的研究

以我国半刚性基层沥青路面车辙损坏为研究对象，在分析车辙的形成机理和车辙主要影响因素的基础上，通过半经验一半理论的分析方法，并结合大量的不同温度、不同压力、不同厚度的车辙试验、抗剪试验以及车辙试验剪应力的计算，提出了适用于我国半刚性基层沥青路面的车辙预估模型，并采用最小二乘法确定了预估模型参数，对沥青路面的设计和有效防止车辙损坏具有重要意义．     

横观各向同性的半刚性基层沥青路面结构

为了分析土基和沥青面层材料的横观各向同性特性对半刚性基层沥青路面结构的影响,基于建立的横观各向同性沥青路面设计理论,运用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,利用沥青面层及土基横观各向同性特性,对半刚性基层沥青路表(路表面)弯沉进行了研究。同时运用ANISOLAYER程序分析了在不同厚度沥青面层及不同半刚性基层弹性模量情况下,土基横观各向同性特性对路面结构关键性设计指标的影响(路表弯沉、半刚性基层底部拉应力及路基顶部压应变,沥青层底应变为压应变或较小的拉应变,故未考虑)。研究结果表明:无论是面层还是土基,其各向异性度(水平弹性模量与垂直弹性模量之比)对路表弯沉的影响曲线变化趋势是一致的;随着土基水平模量的增加,延长了路面的寿命;随着半刚性基层弹性模量的增大,土基水平模量的变化对路表弯沉及基层底部拉应力的敏感性将降低,对路基顶部压应变的敏感性更加显著,但其绝对值较小。     

沥青路面柔性基层和半刚性基层模量理论研究

针对荷载作用下,柔性基层(级配碎石)半刚性沥青路面结构下面层产生的较大拉应力,考虑了级配碎石材料的非线性特征,采用弹塑性有限元法,分析了吉林通化试验路级配碎石和半刚性基层模量对沥青下面层层底最大拉应力的影响,在此基础上建议柔性基层和半刚性基层的模量应分别在400～500MPa、1500～2000MPa．与试验路结果对比表明了计算分析结果的适用性。     

基于有限元ANSYS的半刚性基层沥青路面力学响应分析

为解决乌鲁木齐市城市道路半刚性基层沥青路面横、纵向裂缝和车辙病害严重的问题,选取乌鲁木齐市城市道路典型的半刚性基层沥青路面结构,对面层厚度、基层模量以及基层厚度进行规律性的变化,研究沥青路面结构在不同行车荷载作用下的力学分布及变化规律.利用ANSYS有限元软件对不同行车荷载作用下的半刚性基层沥青路面结构进行仿真计算,并对提取的数据进行分析.结果表明:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,但减小幅度却各有不同;随着半刚性基层厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,且减小幅度均较小;随着半刚性基层模量的增加,竖向位移和沥青层剪应力均逐渐减小.因此,建议沥青面层在18～20 cm取值,半刚性基层厚度在35～40 cm取值,半刚性基层模量在1500～1600 MPa取值.     

土工织物在道路工程防裂中的应用

针对半刚性基层容易产生收缩裂缝的缺点,运用张紧的薄膜效应原理,分析了基层预锯缝处铺设的土工织物防裂夹层受力特性,研究了土工织物的防裂原理,并提出了带条土工织物防裂夹层的设计方法。在此基础上,对土工织物材料的技术要求、防裂夹层施工工艺进行了分析,并铺筑试验路进行了验证。结果表明,在半刚性基层预锯缝处合理地铺设一定宽度的土工织物,可以有效地延缓沥青面层反射裂缝的产生,并能阻止水渗入基层而减少唧泥破坏,从而可以大幅度提高沥青路面的耐久性。     

沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法;利用三维有限元法,对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热-荷载耦合应力对比分析,并进行了试验路观测与理论计算分析。结果表明:OLSM的耦合应力明显小于普通沥青混凝土的应力;OLSM中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消解及吸收裂缝处路面应力,可有效防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝,是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。