沥青路面温度应力的有限元分析

目的 研究温度变化与道路结构内温度应力的关系对不同季节时的道路各结构层的影响.方法 采用有限单元法对路面结构的二维平面模型进行模拟沥青路面温度场,并将路面温度作为外部荷载与结构进行耦合.对路面结构在日周期温度作用下的温度场和应力场进行系统地分析.结果 总结出不同季节沥青路面的温度以及温度应力的变化规律.冬季时节路表温度应力幅度约为0.45 MPa,夏季时节路表的温度应力变化的幅度高达0.95 MPa.夏季和冬季比较,夏季炎热的时间段对路面更容易产生破坏.结论 冬季温度变化对沥青路面的影响仅限于路表,基层及以下土层处于稳定的受拉状态,夏季炎热季节温度变化对路面的影响较大,较大反复的压应力对路面结构是一个比较严重的破坏过程.     

高温地区沥青路面结构抗车辙性能分析

车辙是高温地区沥青路面主要的病害之一,为分析温度对沥青路面抗车辙性能的影响,选取半刚性基层、冷再生基层及柔性基层3类典型的沥青路面结构,采用ANSYS有限元软件建立模型,以应力、应变及车辙预估值来表征不同结构沥青路面的抗车辙性能。研究结果表明:沥青路面结构剪应力、剪应变峰值出现在距路表6~7cm处,压应变峰值在距路表6~7cm处,且应力应变峰值出现位置基本上不随温度变化;随着温度的增加,应变的增长较应力更为明显;在高温条件下,与半刚性基层和冷再生基层沥青路面相比,柔性基层沥青路面具有更好的抗车辙性能。     

内外保温墙体温度应力对比分析

为了研究不同保温模式墙体各功能层在不同季节温度应力的发展情况,在对北京地区典型内外保温墙体的温度场计算基础上,建立了符合墙体典型约束条件下温度应力计算模型,通过计算分析了内、外保温模式对复合墙体各功能层温度应力的影响,并与加气混凝土自保温墙体做了对比.结果表明,墙体内温度应力的大小取决于初始温度(T0)、温度变化(T-...     

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.     

沥青路面贫混凝土基层应力计算

为分析贫混凝土基层沥青路面新型路面结构的基层应力情况,通过有限元分析方法计算贫混凝土基层的荷载应力,并利用弹性层状体系理论分析沥青面层厚度对其影响,由此推导出基层荷载应力的计算公式.根据不同自然区划的温度场和最大温度梯度,得出贫混凝土基层沥青路面中的基层温度应力的有限元解,于此提出了基层温度应力的计算公式.上述两公式为贫混凝土基层沥青路面结构中基层厚度设计的重要依据.     

沥青路面多孔混凝土基层温度应力数值分析

为分析沥青路面多孔混凝土基层温度应力,建立多孔混凝土基层沥青路面三维有限元模型.通过数值计算方法,分析多孔混凝土基层沥青路面的温度场,提出各自然区划内的最大温度梯度变化范围.研究了面层厚度、多孔混凝土基层厚度及模量、地基模量对温度应力的影响.对条件相同的计算结果进行了对比分析,结果表明:基层温度应力随着面层厚度的增大而减小,随着基层与地基模量比的增大而增大,随着基层厚度的增大而增大.     

基于连续变温的沥青路面温度应力分析

为了合理评价温度对沥青路面结构应力影响,选取冬季3种典型连续变化日低温(T1、T2、T3)工况,考虑弹性模量及温缩系数随温度变化的特性,在此基础上建立低温下沥青路面三维有限元模型,分析降温、弹性模量及温缩系数参数对沥青路面温度应力的影响规律.研究结果表明:在保持沥青面层弹性模量和温缩系数不变时,温度从T1~T2、T2~T3降低过程中,沥青面层各层位温度应力都有显著增加,说明温度降低对沥青路面层的温度应力增加有重要作用.在相同温度场作用下,沥青面层模量及面层温缩系数与沥青面层各层温度应力呈线性关系,当这两个参数增加时,温度应力随着线性增大.所以道路结构设计过程中应充分考虑面层模量及面层温缩系数变化对温度应力的影响.     

沥青路面一维温度应力场的理论计算

沥青路面结构具有明显的粘弹性力学行为,并可以将其视为位于自然界中的一个系统。为了分析周围环境子系统对沥青路面结构力学行为的影响,本文着眼于沥青路面低温缩裂的发生机理,在建立路面结构温度场理论模式的基础上,依据沥青混合料松弛本构关系的数值逼近结果,建立了沥青面层温度应力松弛过程中温度应力场依时变化的数值计算模型。     

干线公路沥青路面设计参数对结构应力的影响

为了合理选择干线公路沥青路面结构设计参数,提高其在使用年限内的性能,应用BISAR程序,选取代表路段,分析了干线公路沥青路面结构参数对基层底面应力的影响,并采用正交试验法进行了结构层参数变化的敏感性分析.研究结果表明:面层底部压应力与基层底部拉应力随着各结构层厚度的增大均逐渐减小,而路面各结构层模量的变化对结构层应力影响不同,面层底部压应力与基层底部拉应力基本随着面层与基层模量的增大而上升,而随着底基层与土基模量的增大则减小.对基层层底应力,各因素影响显著性程度不一样,基层与底基层厚度与模量的变化对其影响显著.因此在干线公路沥青路面设计与施工中,应注重基层与底基层的厚度与刚度.     

重载交通下的不同沥青路面结构适应性分析

伴随着国家经济的高速发展,道路交通量的不断增加,沥青路面在重载、超限作用下发生早期破坏的现象日益严重。以弹性层状体系理论为依据,采用弹塑性有限元分析方法,利用ABAQUS对沥青路面结构进行三维有限元模拟,结合马鞍山交通情况分析不同沥青路面结构在不同轴重作用下面层及基层的应力应变情况。通过计算和分析,在重载作用下面层表面剪应力、弯沉及基层拉应力受到路面结构变化的影响较大,并得出柔性基层与半刚性基层沥青路面结构在重载条件下适应性,提出适应于重载交通下的沥青路面结构,推荐合理的沥青路面结构层设计参数和结构组合,根据研究结果为重载交通下的沥青路面设计提供参考。     

行车和温度荷载作用下沥青路面的松弛响应分析

目的研究沥青混凝土路面在行车和温度荷载作用下的松弛特性,更好地做到防裂控制工作．方法确定黏弹性材料参数及能够反应温度、沥青混合料黏弹性本构关系,建立典型的路面结构三维有限元模型,模拟面层材料在不同初始变形的应力状态,分析路表弯沉、沥青面层层底和土基顶面的响应．结果沥青路面在荷栽和温度作用下,面层黏弹性材料会使路面应力减小．面层层底和基层层底应力会发生松弛,最后趋于稳定值;在行车载荷作用下弯沉会随着时间的推移发生回弹,最后逐渐趋于稳定．结论松弛是材料本身属性与其他因素无关;应力松弛模量越小,松弛性能越好,低温抗裂性越好．     

温拌沥青混合料施工中温度场的时空特性

以天(水)至定(西)高速公路沥青路面表面层摊铺施工为背景,实测了热拌和温拌沥青路面摊铺过程中路面周围不同空间、不同时间的温度情况,对比了热拌与温拌沥青混合料施工时沥青路面周围温度场的时空分布特性。结果表明:在初压温度相同时,温拌沥青混合料和热拌沥青混合料表面温度场的分布特征非常相似;碾压过程中,沥青混合料内部及表面温度随时间的变化呈较为明显的二次型分布;温拌沥青混合料内部降温速率明显小于热拌沥青混合料内部降温速率。     

全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

纤维沥青路面抗裂性能机理分析

针对沥青路面反射裂纹病害较为普遍的现状,以漯河市旧路改造项目,通过室内低温抗裂实验,结合平面应变有限单元法,验证了纤维材料对沥青路面抑制反射裂纹扩展的有效性。基于动力学,结合粘弹性力学理论,根据室内试验得出纤维沥青路面的本构关系,以动态应力强度因子为表征参量,探讨了纤维沥青路面在单周期垂直载荷和水平载荷共同作用下的动力特性,分析了车辆制动对纤维沥青路面工作性状的影响,研究了阻尼比,回弹模量的变化对动态应力强度因子影响。数值结果表明：掺加纤维后对沥青路面的工作性能有了较大改善,动态应力强度因子明显降低,对抑制沥青路面反射裂纹扩展起到了显著的作用。     

Analytical prediction and field validation of transient temperature field in asphalt pavements

This work presented the development and validation of an analytical method to predict the transient temperature field in the asphalt pavement.The governing equation for heat transfer was based on heat conduction radiation and convection.An innovative time-dependent function was proposed to predict the pavement surface temperature with solar radiation and air temperature using dimensional analysis in order to simplify the complex heat exchange on the pavement surface.The parameters for the time-dependent pavement surface temperature function were obtained through the regression analysis of field measurement data.Assuming that the initial pavement temperature distribution was linear and the influence of the base course materials on the temperature of the upper asphalt layers was negligible,a close-form analytical solution of the temperature in asphalt layers was derived using Green's function.Finally,two numerical examples were presented to validate the model solutions with field temperature measurements.Analysis results show that the solution accuracy is in agreement with field data and the relative errors at a shallower depth are greater than those at a deeper one.Although the model is not sensitive to dramatic changes in climatic factors near the pavement surface,it is applicable for predicting pavement temperature field in cloudless days.     

Thiopave改性沥青路面力学响应研究

基于Thiopave改性沥青路面良好的高低温稳定性,采用有限元软件对典型半刚性基层沥青面层进行计算,得到不同沥青面层层底力学响应,并对计算结果进行对比研究,得到的主要结论如下：Thiopave沥青路面层底弯拉应力显著大于SBS沥青及基质沥青路面,路表轮隙中心处弯沉值小于SBS沥青及基质沥青路面;随着SEAM掺量的增加,Thiopave沥青路面层底弯拉应力逐渐增大,路表轮隙中心处弯沉值逐渐减小;随着沥青面层厚度的增加,沥青面层底部主拉应力减小,路表轮隙中心处弯沉值也呈现减小趋势．     

布敦岩沥青混合料路用性能研究

为了分析布敦岩沥青混合料的路用特性,分别对基质沥青混合料、不同掺量布敦岩沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行路用性能对比试验研究。结果表明,布敦岩沥青可以显著改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能。综合考虑性能变化规律以及经济因素,推荐布敦岩沥青的合理掺量为3.5%。     

寒区沥青混凝土路面坑槽冷补材料性能研究

沥青混凝土路面坑槽多采用热拌沥青混合料的修补方法,养护受季节影响较大。若坑槽修补不及时,就会导致路面结构大面积破坏、路基翻浆等病害。冷补材料可以在较低的温度下施工,坑槽修补不受季节限制,其强度形成机理、拌合方式、施工方法、储存方法与热拌沥青混合料均不同。文中选择合适的冷补材料组成,分析冷补材料强度形成机理,并对初始强度和成型强度试验结果进行分析。     

层间接触条件对沥青路面高温性能的影响

通过力学计算和室内试验研究了层间接触条件对沥青路面高温性能的影响.应用BISAR计算了不同层间接触条件下的沥青面层剪应力,通过直剪试验测定了洒布不同粘层材料的复合马歇尔试件的抗剪强度,采用车辙试验测定复合式车辙板的DS和总变形量.研究结果表明：完全光滑的层间接触条件大幅提高了沥青面层的最大剪应力,并加速了沥青面层发生剪切破坏而出现车辙;粘层提高了层间抗剪强度,不同的粘层材料对层间接触条件的改善效果不同;高抗剪强度的层间接触能提高复合式车辙板的高温性能;采取适当措施改善层间接触条件,对提高沥青路面的高温性能具有重要意义.