非均布水平及竖向力下沥青路面力学响应分析

轮胎与路面的接地形状呈较明显的矩形，且随着轮胎负荷及胎压的不同，对路面的竖向作用力发生不规则变化，为非均匀分布；当车辆制(启)动时，产生的水平力也应是非均匀分布的，采用三维有限元分析方法，分析了柔性基层和半刚性基层路面结构，在不同的车型荷载及其不同荷载分布情形下力学响应的差异。     

车辆超载作用下层间接触条件变化对沥青路面性能的影响

为探究车辆超载与层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构力学特性的变化规律,选取典型的半刚性基层路面结构,借助BISAR3.0软件中提供的剪切弹性柔量接触模型,分析不同轴载作用下沥青路面基-面层层间接触处于极端状态时的弯沉值、拉应力、剪应力及路面疲劳寿命变化量,并进一步探讨二者对力学特性的影响程度.结果表明:在车辆超载及基-面层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构内评价指标变化显著,且明显大于单一因素对性能的影响;下面层结构内拉应力及剪应力受层间接触条件及车辆轴载的影响较大.在选定的分析条件中,最不利状况与标准状态相比,弯沉值增幅159.5%;沥青层结构内剪应力涨幅为74.6%;半刚性材料结构层内拉应力值涨幅180.7%;车辆超载及层间接触条件恶化,致使路面产生病害的几率增大,使用寿命严重缩短.     

车辆轴载作用下半刚性基层沥青路面破坏潜力分级

针对不同轴载对半刚性基层沥青路面的潜在破坏能力问题,提出一种根据不同轴载作用下路面力学响应为标准的路面破坏分级方法。该方法应用弹性层状体系理论分析了不同轴载作用下的半刚性基层沥青路面力学特性,通过计算沥青层的抗剪强度、半刚性基层的拉应力和各结构层的压应力,并与标准轴载作用下结构层力学特性进行了比较,辅以各结构层的设计允许应力值,得到不同轴载作用下的路面破坏潜力表。通过对某公路安徽段实测数据的分析表明,该方法可以有效地实现不同轴载对半刚性基层沥青路面的潜在破坏能力分析。     

轮胎-沥青路面接触效应数值分析

针对轮胎-沥青路面接触效应问题,传统的基于多层弹性理论的双圆简化模式的分析精度十分有限.为分析轮胎-沥青路面结构的实际接触效应,通过三维有限元数值方法,分析了一种典型沥青路面结构在非均布轮胎-路面三向接地压力作用下的Mises应力、剪应力和拉应力.研究表明,在非均布轮胎-路面三向接地压力作用下,该典型沥青路面结构在轮胎边缘处存在较高水平的剪切应变能和较大的剪应力,在轮胎横向5个矩形接触区域内明显存在5个拉应力峰值,与圆形均布荷1栽作用下的力学响应存在很大差别.     

非均布动载荷下沥青路面粘弹性有限元分析

为探求水平力对路面力学响应的影响,按照粘弹性层状体系理论,采用ANSYS软件建立半刚性基层沥青路面有限元分析模型,分析了非均布动载荷下路面的力学响应,与只有垂直力作用下路面力学响应相比,水平力和垂直力共同作用下沥青面层的弯沉增大,各层尤其是沥青面层的正应力增大,沥青面层的剪应力及应变增大,在路面动载响应的研究中加载水平力是必要的。     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.     

动载作用下半刚性沥青路面瞬态响应分析

为了研究车辆行驶作用下半刚性基层沥青路面的力学响应规律,采用大型有限元分析软件ANSYS12.0,基于实测荷载图式建立了非均布竖向移动荷载下层间有限粘结的弹性体系模型,探讨了动载作用下半刚性沥青路面竖向位移、各向应力和应变的瞬态动力响应规律。结果表明:通过实测轮胎接地面积计算得到折减系数为0.82,进而得到更为精确的荷载响应结果;荷载移动过程中,半刚性沥青路面的水平拉应力和拉应变的最大值并非出现在基层层底,路面各层计算点会出现交替受压或受拉现象;进行路面结构分析时,应通过控制行车方向的应力和应变满足水平方向的力学响应要求。     

加速加载条件下沥青路面结构动力响应

为深入了解交通荷载作用下不同沥青路面的行为特征,通过MLS66加速加载设备模拟实际车辆作用,实测了半刚性基层结构与倒装结构路面的3个方向动态响应,研究了正载与偏载时面层与基层底部的应变响应规律。实测应变显示:半刚性路面中基层底部拉应变大于面层。倒装结构面层底部弯拉应变大于半刚性路面,对荷载作用次数更加敏感。倒装结构中最大拉应变出现在面层底部纵向,疲劳开裂首先在横向出现。2种结构的面层应变响应均体现了沥青混合料的黏弹性特征。不同轴载下应变测值表明,考虑超载车辆对路面结构作用时,应选用接地压力作为参数进行计算。基于MLS66的路面结构动力响应研究,为理解不同路面结构的破坏现象提供了帮助。     

长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析

选取半刚性基层沥青路面典型结构,对不同轴载下半刚性层底拉应力的分析发现,典型结构仅适合于超载不严重的交通状态.对混合式沥青路面结构沥青层底拉应变和半刚性层底拉应力进行了计算,得到同时满足沥青层和半刚性层不受疲劳破坏时的沥青层厚度,与国外长寿命路面设计软件PerRoad2.4的计算结果相比,混合式长寿命路面结构更具有经济性.     

重载交通下水泥砼路面力学机理的影响分析

以水泥砼路面结构与重载交通特性为研究实体,结合南方省份高温的区域性特点,轴载偏重,轴载次数多,接地压强大,采用三维有限元程序对最不利荷载位置的水泥砼路面的动力特性进行了模拟,得到板厚、基层厚度与模量、地基刚度、接缝等重要参数对水泥砼路面结构力学行为的变化规律,为水泥混凝土路面结构设计、路面结构在重载作用下的力学响应提供了理论依据和参考。     

非均布移动荷载下路面结构应力分析

采用移动加载的动栽模型,考虑非均布轮胎荷载模式以真实地模拟行车方式,建立三维有限元路面结构模型,分析了非均布移动荷栽作用下路面结构的应力响应,以及不同行车速度对结构的影响,以探求移动荷载作用下表面裂缝的开裂机理.结果表明:移动荷栽作用下结构内拉应力不至于引起表面裂缝的产生,但在轮迹带内边缘下最大剪应力比较大,对高速道路应注意高速下拉应力的影响;在低速的路面上更易出现表面纵向裂缝,对低速路面抗剪强度的控制尤为重要.     

交通荷载下沥青路面结构动力响应理论研究

采用移动荷载下黏弹性层状体系动力学模型,分析加厚式半刚性基层结构、改进型半刚性基层结构、倒装式路面结构和全厚式路面结构等4种典型沥青路面结构在标准荷载工况和超载100%工况下的动力响应,研究各种路面结构之间差异.结果发现,面层底部水平剪应变对路面结构使用寿命影响最为严重.     

考虑沥青混合料泊松比影响的路面结构应力分析

基于数字图像测量方法,通过间接拉伸试验测定了不同温度下沥青混合料的泊松比μ变化规律。低温下,μ在荷载比为0.3~0.8时保持相对稳定,而在接近峰值荷载时呈非线性增长;高温下,μ随荷载比的增大而增大。采用三维有限元计算模型,考虑不同温度下沥青层模量及泊松比的变化,对三种典型路面结构进行分析。结果表明,沥青面层的泊松比对沥青路面结构的最大横向应变和最大剪应变有显著影响:当上中面层模量比小于0.8且沥青面层泊松比增大到一定程度时,轮迹带边缘的沥青混合料在荷载作用下有向车辙两侧流动的趋势,容易产生失稳性车辙。这说明在进行沥青路面结构设计时,有必要考虑沥青结构层的协调组合关系和材料泊松比的影响。     

移动荷载下半刚性基层沥青路面剪应变研究

为了研究半刚性基层沥青路面早期破坏现象,采用移动荷载下黏弹性层状体系动力学模型,分析典型路面结构的动力响应,研究轴重、速度和胎压对面层底部剪应变和面层内部剪应变分布的影响.结果发现,随着轴重和胎压的增加,当速度减小时,面层内部剪应变和面层底部剪应变均增加;轴重较小时,车辆对路面产生的破坏主要发生在上中面层,而轴重较大时,产生的破坏主要发生在中下面层;胎压的变化对2~8 cm深度范围内的剪应变影响严重,随着胎压的升高,出现最大剪应变的深度位置减小.     

CAPE封层沥青路面剪应力数值分析

目的对CAPE封层沥青路面的剪应力进行数值分析,研究CAPE封层的脱皮、推挤和滑移现象,以期得出CAPE路面的合理设计.方法采用有限元方法,把轮胎简化为实心弹性体,采用变形等效原则拟合轮胎计算参数,考虑轮胎与路面的相互接触,对CAPE封层路面中产生的剪应力进行数值分析.结果低胎压的195/60R14轿车轮胎接地形状可近似为梯形,高胎压的315/80R22.5货车轮胎接地形状可近似为矩形;轿车轮胎与货车轮胎刹车时在路面中产生的剪应力分布规律基本类似,但货车轮胎影响深度大于轿车轮胎,在封层与下面层界面处引起的剪应力也大于轿车轮胎;剪应力的大小随着胎压、路面水平力系数、车轮负荷的增大而递增,而随着气温的升高却降低,但气温升高时路面发生层间剪切破坏的可能性却增大.结论采用变形等效原则拟合得出的轮胎计算参数进行CAPE封层沥青路面的剪应力分析是可行的,计算结果与CAPE封层在实际运营中表现出的规律相同,可用于指导工程实践.     

半刚性基层沥青路面面层剪应力峰值的影响因素

目的探讨沥青路面面层剪应力峰值变化规律和影响因素.方法运用多层弹性体系理论,双圆均布荷载下,考虑路面结构层厚度、模量变化以及层间状态的不同,分析半刚性基层沥青路面剪应力峰值的变化规律和影响因素.结果沥青路面剪应力峰值会随面层厚度的增加而减小,随基层厚度的增加而增大;沥青路面使用过程中面层模量变化以及设计选取基层模量过高会导致剪应力峰值的提高;层间出现滑移也将导致沥青路面剪应力峰值的大幅度增加.结论路面结构层模量变化及层间连接状态的不同对沥青路面剪应力峰值有显著的影响;路面结构层厚度对沥青路面剪应力峰值的影响相对较小,但也不容忽视.设计和施工过程中应充分考虑沥青路面剪应力的影响因素并加以控制.     

基于层间功能层的水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

通过动态分析有限元方法揭示了设置功能层的半刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下各因素(面层厚度与模量、功能层厚度与模量、基层厚度与模量、地基模量以及行车速度)对力学响应的影响程度,采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析,并通过回归分析得到了路面结构力学响应(面层弯沉差、面层底部拉应力、功能层顶部剪应力和基层底部拉应力)的计算公式,为设置功能层的水泥混凝土路面的结构设计和施工提供理论指导.