行车荷载作用下粉土路基的永久变形

为探讨行车条件下沥青路面粉土路基的永久变形规律,首先依据弹性层状体系理论计算不同路面结构类型、不同车辆轴质量下,沥青路面路基的竖向附加应力分布特征;然后通过动三轴试验,分析了粉土路基土在重复荷载作用下的累积塑性应变与动应力大小、土体物理状态的关系,并建立粉土路基土的循环累积塑性应变预测模型;基于上述理论分析和试验结果,探讨行车荷载作用下粉土路基的永久变形.研究表明:路基永久变形随轴载作用次数增加而逐渐增大,但当作用次数超过1×106次,增大速率逐渐减缓;压实度对粉土路基的永久变形影响较大,当路基压实度较低时,提高压实度、增加基层厚度或增大基层模量均能显著减小路基的永久变形,但当压实度高于93%,不同行车荷载、不同路面结构的路基永久变形差别减小.     

双层水泥混凝土路面结构临界点位置分析

针对我国水泥混凝土路面刚性、半刚性材料作为基层大量使用的情况,基于弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,采用3维20节点实体单元,讨论了轴载作用下水泥混凝土路面结构(面层和基层)最大荷载应力点的位置、大小和对应的荷位,多轴荷载对最大荷载应力位置和大小的影响,以及移动轴载作用下的最大荷载应力影响线;分析了轴载作用于不同荷位时,基层有无超宽对面层、基层自身最大荷载应力的影响,以及轴载向面层内侧移动时路面结构最大荷载应力的变化规律;讨论了温度翘曲和荷载作用的耦合效应.研究结果可用于确定水泥混凝土路面结构临界点的位置.     

考虑摩擦系数的沥青路面动态轴载换算

为研究复杂工况下的动态轴载换算,分析了车辆移动荷载作用下沥青路面的动力响应,对数值计算的有效性和车辆行驶特性的影响进行了研究,并提出了动态轴载换算公式.基于二维Lamb问题验证了数值计算的有效性,并建立刚性基层沥青路面的三维动力学数值模型,分析不同车速、路面摩擦系数和轴载等因素的影响.当荷载匀速移动时,轴载和路面摩擦系数对路面动力响应的影响明显,考虑摩擦系数的动态轴载换算指数明显大于静态荷载.结合车辆和路面多种影响因素的三维有限元计算模型更符合沥青路面结构的实际受力状态,动态轴载换算公式可用来改进当前的规范设计.     

交通荷载作用下软土路基沉降有限元分析

基于典型的路基路面体系设计方法,利用有限元分析软件ABAQUS分析交通荷载作用下软土路基沉降与荷载振动的关系,并对比了交通荷载与静荷载作用下路基的变形特性.结果表明,可以通过测定各点振动振幅来推测出该点沉降,也可以通过测定各点沉降来评价交通荷载对环境的振动影响;交通荷载作用下路基的变形特性与静荷载作用下不同,且交通荷载作用下路基沉降是静荷载下的沉降的3~4倍.     

基于实测的高速公路重载交通轴载分析

通过调查京沪高速公路沂淮江段动态称重系统的交通轴载数据,研究了该路段交通荷载参数、货车的超载情况以及交通轴载谱。根据分析结果提出了以单轴双轮120 k N作为高速公路重载交通沥青路面的设计轴载、轮胎接地压强0.85 MPa为设计荷载;发现用正态分布模型表征该路段单轴双轮轴载谱(R~2=0.95),能够比较真实地反映该路段的荷载特性,提出以该模型作为随机荷载的加载方案;并使用简化的荷载分布作为室内试验进行变幅荷载的加载方案。     

水泥混凝土路面路基应力水平分析

通过系统的参数分析,探明了影响路基应力的主要因素,并确定了相应参数在模型中的取值,以此建立三维有限元分析模型.采用该模型对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算,分析了轴重与轴型对路基应力计算深度和荷载应力分布的影响.结果表明,随着轴重和轴数的增加,路基应力计算深度不断扩展,该范围内的应力级位也不断提高;多轴荷载应力的叠加效应在路基深层愈加显著.通过叠加自重应力获得路基中的应力状态,经统计分析表明,路基主应力覆盖范围为30kPaσ190kPa,10kPaσ340kPa,主应力比的变化范围为1.9～6.0.当轴载增加1倍时,路基中的应力级位约提高10kPa.这将对路基性能造成显著影响,因而在路面结构设计中应予以考虑.     

考虑层间粘结的水泥路面荷载应力数值模拟

为分析轴载和层间粘结程度对水泥路面荷载应力的影响,在基层和面层之间设置了反映层间粘结程度的接触单元,进而建立了车辆荷载作用下的水泥混凝土路面三维数值模型。利用模型分析了:1)标准轴载下层间粘结状态对水泥路面面层和基层应力的影响;2)轴载对水泥路面荷载应力的影响。结果表明:1)随着层间粘结程度增加,水泥路面板底拉应力减小,基层底拉应力增加,但基层底拉应力不大;2)随着轴载增加,水泥路面板底拉应力增加。随着粘结程度增加,板底拉应力增长速率越来越低;3)在超载条件下,综合考虑荷载应力和温度应力,层间完全粘结更有利于水泥混凝土路面板承载。     

基于薄板单元的水泥混凝土路面荷载应力分析

将刚性、半刚性基层上水泥混凝土路面结构简化为弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,在轴(轮)载作用下,采用薄板单元,讨论了模型网格划分和计算精度的关系.研究了移动轴载作用下路面结构最大荷载应力大小和位置的变化规律.分析了基层超宽对面层和基层自身最大荷载应力的影响,基层超宽降低了面层的荷载应力,幅度为0～33%;但基层自身荷载应力明显增大.比较了采用薄板单元及实体单元时面层和基层最大荷载应力的差异,当面、基层厚度增大时,采用薄板单元得到的面层荷载应力偏大0～20%;而基层荷载应力偏小2%～30%.给出了标准轴载作用于纵边中部荷位的荷载应力修正系数.     

轴载对复合式路面应力吸收层荷载应力的影响

研究改性沥青混合料应力吸收层在复合式路面结构中的受力状态,对于其材料组成设计具有指导意义。采用有限元数值分析方法,建立基于应力吸收层的复合式路面三维有限元模型,分析轴载、模量变化对应力吸收层荷载应力的影响。结果表明：应力吸收层本身处于极为不利的受力状态,刚性基层接缝处应力吸收层层底存在应力集中,应力增长了60%,其模量越低,应力集中越明显,层内荷载应力呈3阶多项式函数变化;应力吸收层层内荷载应力随轴载增加呈线性增长,轴载变化对层底荷载应力影响最显著。     

考虑水平摩阻效应的交通荷载下路面沉降分析

为分析计算高速公路水泥混凝土路面承载结构在交通荷载作用下的沉降,将路面结构视为黏弹性地基梁.在Kelvin地基梁模型的基础上,考虑路面结构与路基土界面摩阻效应的影响,进而分析交通荷载下黏弹性地基有限长梁的瞬态问题,通过三角级数展开法和Laplace-Fourier积分变换以及逆变换得到黏弹性地基梁在半正弦波荷载作用下的位移解析解.并研究分析了路基路面摩阻效应、荷载移动速度、路面结构刚度、路基竖向反力系数、路基阻尼等因素对路面沉降的影响.分析结果表明:路面沉降随车辆移动速度的增大而减小,随路基黏滞阻力系数及路基刚度的增大而减小,随路面结构刚度及结构层高度的增大而减小,与此同时增大路面结构刚度还可减小路面的波动.     

高铁路基动力荷载传递规律研究

探明列车荷载激励下高速铁路路基结构振动特性和动力荷载传递规律具有重要意义。以云桂高速铁路工程为研究背景,采用现场试验、调研与数理统计和理论分析的方法研究列车荷载激励下路基内动态土压力、振动速度、振动加速度分布特征和传递规律,建立不同轨道型式高铁路基动荷载传递模型。结果表明路基振动荷载传递主要发生在基床结构层内,且基床结构型式和参数对改善振动荷载传递具有显著影响;高铁有砟轨道路基面动应力强度约为无砟轨道的3～5倍,但有砟轨道路基动应力随深度的衰减明显较无砟轨道快;采用双曲线函数可较好描述高速列车荷载激励下路基内动态土压力随深度衰减趋势。该研究可为高速铁路路基结构设计提供参考。     

重载作用下沥青路面结构动态响应敏感性分析

采用三维有限元动力分析模型,分析了重载移动作用下轴载重量、轴载速度、路面结构参数等因素变化,对沥青路面动态响应的影响.结果表明:路面动态响应随着轴重的增加呈线性显著增加;轴载速度对路面动态响应有一定的影响,路面结构动态响应随轴载速度的增加呈现先增加再降低的趋势,重载车辆以常见速度运行时,对路面结构产生的疲劳破坏影响显著大于静载产生的疲劳破坏;路面结构参数中,面层厚度对路表剪应力、路表竖向压应力影响特别显著,路基模量对路表弯沉、底基层拉应力、路基顶面压应变影响特别显著.     

考虑季节变化的沥青路面设计方法

路基及沥青路面材料强度是随季节变化的，相同荷载作用下的路面结构中实际应力、应变及疲劳破坏程度不同季节是不同的．在轴载换算时需要进行季节修正．通过分析路面设计基础参数的变化，指出了现行沥青路面设计规范的不足，在理论分析的基础上，借鉴国外的设计方法，对现行规范的修改提出了建议，给出了考虑季节变化的沥青路面设计方法．     

浅析水泥混凝土路面

路面是公路的重要组成部分,它是用各种筑路材料在路基上的构造物。路面的主要任务是保证车辆快速、安全和舒适地行驶,特别是高速公路对路面的质量有很高的要求,以保证公路快捷、高效的运输功能。路面不但直接承受汽车荷载的作用,还要抵御自然因素的影响,因此,公路路面的好坏直接影响到行车安全、     

车辆荷载作用下的黄土路堤结构体系受力与变形数值分析

针对车辆动荷载作用下黄土地区公路结构体系受力与变形问题,运用有限元法对其进行了数值分析.将车辆荷载简化为车辆静载与正弦周期荷载相叠加的动态荷载,分析中考虑了道路的实际结构体系、车速以及路面平整度条件下的动轮载系数等主要因素的影响.分析结果表明:动应力在道路横向呈现"W"状分布,且在车轮两侧向外快速衰减;沿道路各结构层竖向,应力衰减相对较慢,当距路面3.4m时,最大动应力约为25kPa.路面与基层变形基本一致,且较小,其中路基及下部地基的变形占总变形90%以上.车辆移动速度为20m/s时,道路沿纵向整体最大变形量为6.0mm;超载状况下,路面的最大变形量为15.6mm,为标准轴载下的路面变形的2.5倍左右,这表明车辆超载是诱使道路产生病害的重要原因.     

重载交通对水泥砼路面板底路基工作区深度分析

选取典型水泥混凝土路面结构模型,使用ANSYS程序计算板底路基应力,分析重型轴载作用下砼路面板底的路基工作区深度.提出在重载交通条件下,等级公路上仍采用0-80cm深度作为路床是不足的,应当根据重型轴载路基作用区深度调整路床深度,以免路基产生过大变形,确保路基对路面结构的稳定支撑.     

基于车辙谱的沥青路面轴载限研究

在对全国各地大量高速公路轴载数据调查分析的基础上,比较了不同轴型作用下的沥青路面剪应力场,提出基于车辙的多轴型数据处理方法.通过该方法对各地轴载谱数据进行换算,并采用换算后的数据,分析不同水平轴载对沥青路面车辙的影响,据此提出轴载限的确定方法,计算各级轴载对车辙的贡献,并给出典型省份的轴载和车辙谱.研究表明,不同轴组类型作用时路面内相同位点处最大剪应力值较为接近.荷载对路面变形特性的影响可以分为3个层面:对于≤10t荷载,路面具有很稳定的抗力;对于>10~15t轴载,路面具有较稳定抗力;对于>15t轴载,路面难以提供稳定抗力.采用抗剪强度较高的改性沥青材料对沥青路面车辙的改善效果明显.     

浅谈黄河堤顶道路工程路缘石先置与后置的利与弊

黄河下游的防洪大堤是防御洪水的主要屏障,也是抗洪抢险的主要交通道路,根据大堤防汛交通的车流情况,堤顶硬化参照三级公路设计有关标准。行车道宽6m,路基6.5m,荷载采用双轮组100kN单轴载为标准的轴载设计。路面面层采用沥青碎石,厚5cm;垫层采用厚30cm石灰土,沥青路面边缘设路缘石,以便保护路面。路缘石工程施工中有时采取先置的方法,有时采取后置的方法,本文对两种方式熟优熟劣进行了分析探讨。     

不同轴载和行车状态下永久性沥青路面的力学响应规律

基于永久性路面的典型功能层结构,建立了三维力学模型,综合考虑了小、中、大3种车载类型,使用双轮双圆载荷法设定轴载当量,并引入匀速和刹车2种行车状态,利用数值模拟方法分析模型路表面及深层内的应力、应变和位移等的变化规律.结果表明：路表面拉应变和应力主要集中于荷载圆边缘附近,而路面弯沉在荷载圆内达到最大值;刹车引入的剪切力使得荷载圆边缘的应力和应变更为集中,但其影响范围很小,拉应变基本不受影响,且水平位移迅速减小;轴载当量影响范围较大,对路面弯沉、垂直压应变等力学响应指标具有决定性作用.     

移动荷载作用下结构弹塑性安定分析方法及其应用研究

为了研究移动荷载作用下结构的安定性问题,以Melan静力型安定定理为基础,通过构造满足静力平衡条件的最佳残余应力场,并求解移动荷载作用下结构中的真实弹性应力场,发展了一种弹塑性安定性计算方法.该方法摆脱了传统安定性分析方法中的数学规划运算,解决了计算中维数障碍的问题.通过与前人研究结果对比,说明本方法的正确性.基于此方法,研究了列车荷载直接作用下路基的静力安定极限的第一类上限kI和静力安定极限kSD,进行轮载间距L和铁轨间距B对路基安定极限的敏感性分析,发现当轮载间距L和铁轨间距B大于等于10a时,轮载间距L和铁轨间距B对路基安定极限不再产生影响;通过分析材料泊松比v和内摩擦角φ对安定极限的影响,表明安定极限随着路基泊松比的增大略有减小,但随着内摩擦角的增大而有明显增加;并提出了一种基于安定极限荷载包络图的路基安定性评价方法和设计方法,据此可对铁路路基进行设计指导和安全性评价.