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.     

土工织物延缓沥青路面疲劳型反射裂缝的有限元分析

为定量研究土工织物对沥青路面疲劳型反射裂缝的防治效果,利用有限元方法,分析了土工织物对沥青路面内部应力应变分布的影响以及土工织物内应力应变的状况,进而对加铺土工织物后沥青面层疲劳寿命的变化进行了定量研究.土工织物的加入有效降低了沥青面层层底拉应力,从而延长了沥青面层的疲劳寿命,土工织物弹性模量越大,应力降低值越大,沥青面层的疲劳寿命延长率越高;位于基层裂缝上部的土工织物内部应力分布范围约为12 cm,且应力值远小于其抗拉强度.研究表明,利用土工织物防治疲劳型反射裂缝是一种有效的方法,工程中应以土工织物可能承受的最大拉应力对应的弹性模量为依据,选择模量较大的材料.     

宽温度域内沥青路面结构响应规律分析

为研究较宽温度范围内的沥青路面结构实际响应行为,基于RIOHTrack足尺路面试验环道,以落锤式弯沉仪(FWD)作为试验荷载,选择半刚性基层沥青路面和全厚式沥青路面作为研究对象,对两种路面结构2017年全年的服役温度和结构响应进行同步跟踪观测,得到了宽温度域内沥青路面结构响应基本规律,建立了温度与弯沉、温度与应变、温度与应力之间的关系模型,分析了结构内部应变、应力沿深度方向的分布特征. 结果表明:温度对弯沉、应变和应力响应具有显著影响,随着季节变化,宽温度域内的沥青路面结构响应数值会出现以年为周期的循环交替变化,冬季时结构响应数值小、夏季时结构响应数值大;可采用指数函数模型描述温度与结构响应参数的相关关系,决定系数R²可达到0.95以上,相关性好;宽温度域内,温度变化除引起结构内部应变或应力数值的单调增减以外,还会改变应变方向. 在路面结构计算中,宜选择最不利季节时的温度验算沥青混凝土层的受力状态,以保证结构安全性.     

具有碎石基层的沥青路面结构的非线性有限元分析

对具有碎石基层的沥青路面结构,采用8节点等参元的弹塑性有限元模型,分析了路面结构的变形、应力及塑性区域．分析结果表明,均布车载下该结构的最大位移发生在路面面层的对称轴上,这与采用弹性层状体系设计沥青路面的最大弯沉点位置一致;最大主应力发生在沥青面层底部且最大塑性应变发生在对称轴上, 塑性影响区在离对称轴3．5倍当量圆半径的范围内．与经验公式相比,该计算结果合理,为揭示沥青路面的实际工作状态提供参考．     

永久路面结构应变分布及疲劳损伤分析

沥青混合料疲劳极限的存在是永久路面结构设计的主要理论依据,因此掌握沥青层底应变的分布和应变行为规律是永久路面设计的关键.通过现场实测数据,分析了永久路面试验路的交通组成、轴载谱及路面温度分布规律.通过轴载控制检测,分析了动态应变脉冲的特征,建立了最大纵向应变与温度、轴载的回归模型.根据轴载谱、温度分布及应变回归模型,对不同路面结构全年的最大应变分布进行了分析.根据疲劳极限理论,提出永久路面疲劳寿命的累积损伤分析法,并用累积损伤法对试验路的疲劳寿命进行了计算分析.     

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．     

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。     

桥涵桥面混凝土铺装与复合铺装结构设计

结合桥面混凝土铺装的试验研究和有限元分析结果，对桥面混凝土铺装破坏的力学机理进行了阐述，初步提出了其设计标准。同时对复合铺装结构的计算模型作了探讨，并对复合铺装结构由于沥青混凝土加铺层与下部混凝土结构存在的弹性模量的差异。引起的下部桥梁结构应力重分布进行了分析。     

水泥砼路面不同沥青加罩方案的力学响应分析

传统的多层弹性体系理论路面的力学计算方法难以全面地分析水泥砼路面沥青加罩结构的力学响应.利用三维有限元计算工具,分析了水泥路面上不同的加罩结构以及各自不同的层间接触条件、不同的基础处理方法、不同的结构计算参数,在荷载作用下的力学响应,并得出了一些很有意义的结论.     

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.     

采用离散元法分析路面结构的疲劳特征

为了在考虑疲劳损伤和恢复性能的基础上,获取路面结构在重复荷载作用下的疲劳特征,采用离散元方法建立了路面结构模型,并分析了在正弦重复荷载作用下路面结构沥青层底部的受力特性.由于路面荷载的随机性,分别以荷载大小、荷载间歇时间、荷载作用次序为考察对象,分析其对路面结构沥青层底受力特征的影响.研究结果表明:随着周期荷载作用次数的增大,沥青层底部拉应力快速增大至某一基础值,并在此基础值附近呈周期性波动,拉应变则在以一定幅值波动的同时,呈现整体水平先急剧增大后缓慢增大的规律;延长荷载作用的间歇时间,虽然一定程度上增大了拉应力和拉应变的波动幅值,但却显著降低了沥青层底拉应力和拉应变的整体水平;不同的荷载作用次序在沥青层底引起的应力应变状态不同,从小至大序列的荷载对沥青层造成的损伤明显小于从大至小序列的荷载.     

辽宁地区软土分布区普通公路典型路面结构的研究

目的研究辽宁软土地区普通公路典型路面结构形式，为普通公路的路面结构设计提供依据．方法通过对软土地区现有普通公路的早期病害形式及其形成原因的分析，提出了辽宁地区软土分布区内普通公路的典型路面结构形式，运用路面结构分析软件对所提出的路面结构受力的合理性进行了验证．结果辽宁省软土分布区内的普通公路路面结构宜铺设垫层，三级公路路面基层厚度应大于24cm，四级公路路面基层厚度应大于15cm．结论笔者推荐的软土分布区普通公路路面结构可以用来指导辽宁省软土地区普通公路设计．     

辽宁省低等级公路半刚性基层沥青路面推移现象形成机理

目的 研究辽宁省低等级公路路面推移现象产生的机理,提出合理的防治该种病害的技术措施.方法 在对辽宁省低等级公路路面病害调查的基础上,运用有限元分析软件对基层和面层间的剪应力进行模拟计算,通过改变路面结构参数和行车荷载,得出了面层和基层层间剪应力变化的一般规律.结果 重载和车速在纵坡行驶时的频繁变化是导致路面推移现象的主要因素.与标准轴载的情况相比,超载100%时,其层间剪应力增大了56%.结论 建议应从设计和施工两个方面加强面层和基层的黏结,以便有效地控制低等级公路路面推移现象的频繁发生.     

具有柔性基层（级配碎石）的半刚性沥青路面设计方法的研究

级配碎石材料在荷载作用下存在一定的塑性变形，这种塑性变形在实际道路上表现为在车辆荷载作用下的路表车辙，本文在吉林通化试验路提出的具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面结构半刚性基层的合理厚度范围的基础上，通过弹塑性有限元的计算，提出采用路表车辙(塑性变形)和沥青下面层层底拉应变控制级配碎石层的厚度来进行具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面结构的设计方法。     

级配碎石基层非线性对沥青路面结构受力的影响

目的基于级配碎石基层材料的非线性特征,研究级配碎石上基层沥青路面结构力学响应规律,进而为该种路面结构设计提供理论依据．方法通过ABAQUS有限元软件的二次开发,运用Fortran语言对级配碎石非线性本构模型进行编译,建立级配碎石上基层沥青路面结构的有限元模型．结果随级配碎石层和面层厚度的增加,级配碎石非线性沥青路面结构各结构层所受层底拉应力较级配碎石线弹性沥青路面结构都有所增加,路表弯沉变化不大．推荐在中等级交通下的面层厚度为7—15cm,级配碎石层厚度为10—15cm．结论应用该种路面结构时,考虑到级配碎石层非线性对该路面结构受力产生的不利影响,必须确定合理的级配碎石层和面层厚度．     

铝型材挤压模具交互式参数化实时设计系统的研究

在VB开发环境下，构造了铝型材挤压模具的交互式参数化实时设计系统，可实现对铝型材挤压模具强度进行有限元分析的实时处理、人工神经网络技术与遗传算法相结合的结构优化及基于智能化语言AutoLISP的参数化程序绘图。系统功能强，模块通用性好，图形库扩展性强，对实际铝型材挤压生产过程有重要的指导意义。     

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.     

沥青道路三维有限元模型的建立及验证

为了利用数值模型对沥青路面相关力学行为进行研究,对沥青路面数值模型的建立方法及注意细节进行了研究,并基于有限元原理建立了沥青路面动力特性模型,最后通过与理论解、实测值进行对比分析以验证所建模型的精度.研究表明：所建数值模型具有较高的精度,可以用于对沥青路面动力特性的分析研究.     

沥青路面表面裂缝扩展分析

沥青路面早期裂缝的出现,降低了道路的使用年限.为了研究使用状态下沥青路面表面裂缝的扩展行为,基于断裂力学理论,应用有限元软件ABAQUS,分析了移动荷载下裂缝应力强度因子K11的变化规律,研究了不同裂缝开裂深度和不同的层间摩擦接触状况下的路面响应,并探讨了面层厚度、面层和基层模量等路面结构参数对裂缝扩展的影响.为半刚性基层沥青路面的合理化设计和沥青路面的维修养护提供一定的理论参考.     

小型构造物上沥青路面结构力学行为研究

采用弹性层状体系的力学模型,利用有限元法和模型试验方法对由于小型构造物存在而导致的路表拉应力进行了详细分析并研究了其结构性能.结果表明:由于构造物存在而引起的路表拉应力受构造物顶部填土高度以及基层厚度的影响较大,而构造物两侧回填压实较为困难,则是含构造物路面产生病害的主要原因.