水泥混凝土路面加铺沥青层结构应力分析

为了指导旧路加铺工程合理设计,对加铺结构在交通荷载作用下的受力状态进行了分析。基于路面力学弹性层状体系理论,建立了旧路加铺路面的轴对称有限元模型。主要考虑交通荷载作用,分析了沥青加铺层层底拉应力、剪应力和旧水泥路面层底的拉应力等指标。考虑加铺层和应力吸收层模量的影响对路面结构的力学响应进行了分析计算。为了快速计算材料力学性能对路面结构受力的影响,基于数值计算结果给出一个路表弯沉和沥青加铺层底拉应力的简易计算公式。结果表明:在车辆轴载作用下,增设应力吸收层会减小路表弯沉、沥青层底拉应力、新旧层间的剪应力和水泥层底拉应力各项指标,对于改善路面结构受力状态有积极影响;随着沥青面层模量的增加,路表弯沉、沥青层底剪应力和水泥层底拉应力都趋于减小,但是沥青层底拉应力会增大。由此建议在旧水泥路面加铺沥青面层设计时,应适当选用高模量的沥青混凝土材料,可以缓解路面新旧层之间的剪切脱层破坏,进而延长旧路改造路面的服役寿命。     

考虑层间接触的沥青路面非线性疲劳损伤特性分析

运用通用有限元软件ABAQUS及其二次开发平台,建立考虑路面材料非线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析不同层间接触状态对受损路面结构层底损伤度、结构层底水平正应力、路表弯沉以及对路面结构层疲劳寿命的影响。研究结果表明:随着面层与基层层间摩擦因数的逐步增大,基层层底损伤度逐步增加,底基层层底损伤度逐步减小,且两者逐渐接近;基层层底水平拉应力逐渐减小,底基层逐渐增大;路表弯沉逐渐减小;基层疲劳寿命减小,底基层疲劳寿命增加,且两者逐渐接近。总体来说,良好的层间接触状态能使各结构层充分发挥作用,从而增强结构整体承载能力。     

考虑层间状态的横观各向同性沥青路面力学分析

沥青路面层间粘结状况的好坏对路面结构的力学响应具有较大影响。利用有限元软件ANSYS,将沥青混合料考虑为横观各向同性材料,计算了沥青路面在不同温度场与车辆荷载等作用下的关键力学指标响应,分析了层间接触状态和面层沥青混合料水平与竖向模量比对路面结构的力学响应影响规律。研究结果表明,利用接触模型计算出的关键力学指标比连续模型要大,尤其接触条件不好时更为显著。接触状况对沥青层层底拉应力、拉应变的影响比较明显,而路表弯沉、面层内最大剪应力对层间接触状态的变化则不太敏感,面层模量比越小,面层结构层强度就越低,在接触状态不好时容易导致面层承载能力不足。研究成果为科学的解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了理论依据,对进行沥青路面寿命预估和路面性能评价提供了帮助。     

层间接触条件对沥青路面力学响应的影响

中国现行沥青路面设计以路表弯沉、沥青层底及半刚性层底拉应力为设计指标,层间条件假定完全连续。实践中路面分层修筑,层间不完全连续,对路面结构受力状态影响甚大。以京津塘高速公路改扩建工程为依托,假定层间完全连续与层间不完全连续2种状态,以壳牌计算软件Bisar 3.0和数值软件Matlab 7.0分析了3类常见沥青路面在2种层间接触条件下的三维力学响应分布及最不利受荷点。结果表明：层间结合不连续导致结构内应力、应变骤增;各类路面在不同层间状态下出现最大应力及应变的位置不同;2种层间条件下复合式路面的响应均居于柔性与半刚性路面之间;路面结构设计时,应在现行规范的基础上,对层间不完全连续状态下指定点位处的力学指标进行验算,为路面在运营期内的可靠度分析提供依据。     

基于ABAQUS软件薄型沥青路面力学响应分析

为了掌握薄型沥青混凝土道路在车载作用下受力特点,道路结构层参数变化对沥青混凝土路面的力学响应,采用有限元软件ABAQUS建立薄型沥青混凝土路面的结构模型,通过有限元软件分析各结构参数的变化对沥青层底拉应力、路表弯沉、面层剪应力敏感性,并且对各个因素的敏感性进行评价。结果表明,面层模量和面层厚度的增加可减小路表弯沉,从面层模量和面层厚度的改变对路面指标的改变幅度来看,基层模量改变对层底最大拉应力的影响显著,面层模量的改变对面层位置不同处最大剪应力峰值的影响也比较明显。因此在薄型沥青混凝土路面技术应用中,应该加强控制基层材料性能指标。     

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。     

层间接触对沥青加铺层性能的影响

通过选取古德曼模型,基于弹性层状体系理论对不同层间接触情况下沥青加铺层受力及变形规律进行分析,研究了考虑水平力时层间接触对加铺层的影响．研究结果表明：层间接触不良会导致加铺层弯沉、拉应力变大;不同界面的层间接触变化对加铺层表弯沉影响程度相差不大,但对拉应力影响程度不同;水平力大小对加铺层底拉应力影响不大．但对加铺层表拉应力影响较大;不同层间接触对加铺层剪应力影响与水平力大小有关．在进行加铺设计、施工时候必须考虑层间接触对加铺层性能的影响．     

考虑温度变化的柔性基层沥青路面结构力学分析

采用BISAR 3.0程序计算行车荷载在不同温度下两种柔性基层沥青路面结构的力学行为.荷载采用双圆均布垂直荷载,且为标准轴载BZZ-100,轮载P=25 k N,轮压p=0.7 MPa,半径d=0.106 5 m,层间接触状态为完全连续.通过计算结果分析比较路表弯沉、面层层底拉应力与剪应力以及基层层底拉应力与剪应力随温度变化规律情况,探索最优柔性路面结构形式.     

采空区路基路面力学响应分析

针对采空区沉陷容易导致路基路面发生变形破坏的工程技术难题,基于采空区位置对路基路面变形响应的影响程度,提出了采空区临界区域的概念,采用有限元数值分析方法,建立了采空区临界区域的确定方法,由此揭示了采空区路基填筑高度对沥青路面设计指标弯沉及层底拉应力的影响规律,并基于采空区引起的路基顶面的不均匀变形,揭示了5种路面结构路表弯沉与层底拉应力的变化规律。研究结果表明:处于临界影响区范围外的采空区对土基表面最大位移的影响小,可忽略不计;采空区影响范围内的路表弯沉比层底拉应力对路基填筑高度变化敏感,柔性基层沥青路面结构适应变形能力强。     

重载和温度作用下橡胶沥青应力吸收层的抗裂性能

目的探索沥青路面应力吸收层的防裂效果,提高重载及低温环境下沥青路面的使用寿命.方法运用ABAQUS软件建立含裂缝沥青路面三维有限元模型,通过分析对比沥青路面面层层底σ_(11)、σ_(22)、σ_(33)、τ各应力值及路表弯沉值,确定橡胶沥青应力吸收层合理厚度和弹性模量;在低温状态下,分析橡胶沥青应力吸收层的厚度和弹性模量分别对沥青路面面层表及面层底的拉应力及剪应力的影响,从而确定橡胶沥青应力吸收层在低温和重载环境下的防裂效果.结果在重载交通作用下橡胶沥青应力吸收层推荐的厚度为3 cm,弹性模量为800 MPa;在低温状态下,橡胶沥青应力吸收层的厚度对面层底的拉应力影响很大,而弹性模量对面层底部拉应力的影响很小.结论橡胶沥青应力吸收层对沥青路面裂缝的产生起到很好的抑制作用,能消散面层与基层之间力的作用从而延缓反射裂缝的发生,延长路面的使用寿命.     

弹性地基上复合路面的受力分析

为探讨水泥混凝土路面上覆沥青层复合结构(PCC-AC)的设计计算方法,通过建立层状弹性地基上多层复合路面的统一计算模型,采用弹性地基上的多层薄板理论,得出了分离式路面和结合式路面的求解方法.并应用该方法对圆形均布荷载作用下双层地基上的沥青-混凝土复合路面进行了分析,其混凝土板底弯沉值及应力值与ANSYS有限元分析结果及规范方法吻合较好,表明用该方法计算PCC-AC结构水泥混凝土板荷载应力具有足够精度.     

基于刚性夹层的水泥混凝土路面沥青加铺层设计指标

常用的以弯沉为指标的水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法难以客观反映复合式路面力学响应特征。通过计算分析发现,随着刚性夹层模量的增大,路表弯沉逐渐减小,当刚性夹层的模量增大到一定程度后,路表弯沉将不再发生变化,故弯沉指标将难以起到控制作用。因此,本研究根据力学响应分析结果,提出以加铺层剪应力作为设计指标,分析了沥青加铺层层内最大剪应力、界面最大剪应力与沥青加铺层模量、沥青加铺层厚度的相关关系,并提出了预防加铺层界面剪切破坏的技术措施。     

设置沥青功能层的水泥混凝土路面传力杆数值分析

设置沥青功能层的半刚性基层水泥混凝土路面是一种新型复合式路面结构。利用ANSYS建立路面结构的三维数值模型,分析水泥路面传力杆不同参数（长度、间距、直径）对接缝两端弯沉差的影响,同时对不同传力杆组合设计参数进行优化分析,得到了设置沥青功能层的水泥混凝土路面传力杆尺寸和间距。计算结果可为设置沥青功能层的水泥混凝土路面结构设计提供理论依据。     

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.     

农村公路沥青路面病害分析及典型结构推荐

目的分析辽宁省农村公路沥青路面病害特征,研究农村公路沥青路面结构设计指标,提出典型路面结构.方法针对农村公路沥青混凝土路面出现的各种病害进行调查分析,总结出对应于不同类型、不同程度病害产生的原因.结合半刚性基层沥青混凝土路面的力学特性和目前提出的多指标控制沥青路面结构设计的思想,提出适应于农村公路沥青路面的结构设计指标.应用所提出的指标进行分析,结合经济因素,提出不同交通等级下的典型路面结构.结果当基层模量衰变至小于300 MPa,基层材料处于松散状态时,面层层底产生拉应力,路表弯沉增加幅度显著.当提出的典型路面结构基层模量为900 MPa时,通过加大基层厚度很难实现特重交通的承载能力要求.结论辽宁地区农村公路沥青路面设计指标采用设计弯沉值和基层层底拉应力.考虑冬季低温的影响,验算沥青面层低温抗裂这一指标.     

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.     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅱ):内力及层间反力近似解

将旧水泥混凝土路面板温度变化引起的沥青加铺层路面结构的变形效应,分解为旧水泥混凝土路面板收缩引起的拉压效应、翘曲引起的弯曲效应,以及已知层间水平摩阻应力引起的弯曲效应三种,推导这三种效应的解析解;讨论旧水泥混凝土路面板收缩和翘曲时上述三种效应的组合及相互影响,给出沥青加铺层截面内力、层间接触应力的计算显式,并论证用这种先分解后组合的方法求解旧水泥混凝土路面板上沥青加铺层温度应力是可行的,且具有足够精度.     

热力耦合下CRC+AC复合式路面沥青层力学响应分析

基于传热学、力学、材料学等学科理论,运用ABAQUS有限元分析软件建立带缝状态下的CRC+AC复合路面结构热力耦合模型,并通过实体工程实测弯沉及温度证实热力耦合模型的可靠性,利用建立的热力耦合模型研究沥青层厚度、轴载、行车速度、连续配筋混凝土层微裂缝宽度对CRC+AC复合式路面结构沥青面层力学响应的影响规律,设计正交试验研究沥青面层力学响应各影响因素的敏感性,分析沥青层表面和底部的应力演化特性及开裂诱因。研究结果表明：各影响因素对沥青层表面的横向应力和纵向应力影响较小,沥青层厚度和CRC层微裂纹对沥青层表面剪应力影响较小;当车辆轴载由100 kN增加到160 kN时,沥青层表面剪应力增加约24.10%,当行车速度由60 km/h增加到120 km/h时,沥青层表面沥青层表面剪应力减小12.00%;当沥青层厚度由6 cm增加到14 cm时,沥青层底横向拉应力降低88.90%,纵向拉应力降低88.70%,剪应力降低56.70%;当车辆轴载由100 kN增加到160 kN时,沥青层底横向拉应力减小56.6%,纵向拉应力减小62.10%,剪应力增加85.50%;当行车速度由60 km/h增加到...     

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。     

旧水泥路面沥青加铺改造中弯沉指标研究

使用有限元方法建立旧水泥混凝土路面模型,采用弹簧单元模拟水泥路面接缝处荷载传递性能,分析了接缝两侧水泥混凝土板的弯沉差和平均弯沉随弹簧单元弹性系数的变化规律.在此基础上,建立水泥路面沥青加铺层模型.计算发现,沥青加铺层底部在原水泥路面接缝处存在剪应力集中现象,进而分析了旧水泥路面接缝处沥青加铺层底部的剪应力随弯沉差的变化规律.根据莫尔-库仑强度理论,以沥青加铺层底部的剪应力不大于其容许剪切强度为判断标准,提出旧水泥混凝土路面的弯沉差指标.此指标在旧水泥路面沥青加铺改造时可作为评价接缝传荷能力的参考依据.