高等级公路沥青路面剪应力分析与应用

基于线弹性层状体系理论，采用路面结构有限元法，探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律、影响因素及其评价方法。通过选取不同路面结构参数，包括各结构层厚度、模量和泊松比等，在不同的点位，利用BISAR程序进行力学计算和分析，提出了沥青路面抗剪强度的确定和评价方法。研究结果表明：在不考虑各结构层材料性能和厚度时，最大剪应力均分布在距路表3cm深度范围内；影响剪应力的最主要因素是沥青层模量、泊松比和基层模量；对于普通3层沥青层面层结构，上面层和中面层应进行剪应力验算，下面层可根据实际情况确定是否进行验算；验算时，需找到准确的计算点位才能计算出各层内最大剪应力。     

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.     

沥青路面结构参数变化对路表弯沉值影响分析

采用基于弹性层状体系理论的BISAR 3.0软件,在层间接触关系为完全连续条件下,详细分析了沥青路面结构的路基回弹模量、基层回弹模量、面层回弹模量、基层厚度及面层厚度对路表弯沉值的影响规律.通过分析,发现路基回弹模量是路表弯沉值的主要影响因素,路基回弹模量与基层厚度组合变化对路表弯沉值的影响比路基回弹模量与底基层厚度、面层厚度组合变化影响大,提出了影响沥青路面结构层设计的最不利组合形式,为沥青路面结构组合设计提供参考依据.     

基于控制裂缝和车辙的半刚性基层沥青路面力学行为分析

针对目前重载车辆、高性能材料和大厚度结构层的采用,结合半刚性基层沥青路面在使用过程中出现的裂缝和车辙,通过分析不同荷载情况下半刚性基层和沥青面层在改变厚度和模量时的路面结构力学行为,研究路表弯沉、层底拉应力、拉应变和剪应力、剪应变的变化,提出了可以减少路面裂缝和车辙的半刚性基层和沥青面层的厚度和模量范围,改善了路面结构层受力,增强半刚性基层在高等级路面结构中的适应性。分析结果表明:控制裂缝为目的时,沥青面层厚度宜选用17~24cm,半刚性基层厚度宜选用35~50cm;沥青面层模量不宜大于2 500MPa,半刚性基层模量宜在1 400~2 500MPa;控制车辙为目的时,沥青面层厚度宜选择16~25cm,模量宜为1 800~3 000MPa,半刚性基层模量宜为1 600~3 000MPa。     

高等级公路沥青路面剪应力分布研究

基于线弹性层状体系理论,采用路面结构有限元法,主要探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律及其影响因素。数据分析结果表明:在各结构层材料性能和厚度允许选择范围内,最大剪应力均分布在距路表3 cm深度范围内;影响剪应力大小的最主要的因素是沥青层模量、泊松比和基层模量。通过计算数据与试验测试抗剪强度对比分析可知:对于普通三层沥青层面层结构,上面层和中面层应进行剪应力验算,且验算时需找到准确的计算点位才能得到各层内最大剪应力值。     

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.     

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.     

城市公交港湾路面结构应力分析

针对北京公交港湾沥青路面严重的早期破坏,通过建立三维有限元模型,对大容量公交进出公交港湾时对路面结构施加的变速移动荷载进行加载模拟.数值分析结果表明,在车辆制动过程中,路面竖向位移、层间剪应力均有所增大,且路面结构层中剪应力正负交替变化;在动荷载的作用下,沥青结构层中最大剪应力的位置发生变化,最容易发生剪切破坏的部位是沥青面层内及面层与基层结合处;进站加速度增大使路面层间剪应力明显增大,竖向位移略有增大.因此,在城市公交港湾路面结构设计时,不仅要提高路面结构层的整体强度,更应重视面层及层间的抗剪强度.     

旧沥青路面加铺层结构层间工作状态研究

为有效抑制旧沥青路面加铺层结构的层间破坏,建立有限元模型,通过分析水平荷载、加铺层厚度与模量、旧路当量回弹模量、旧路横向开裂等因素对旧沥青路面与加铺层结构层间内力影响规律,进而确定了不同水平摩擦系数对应的旧沥青路面与加铺层结构层间剪应力范围,以及不同加铺层厚度的层间压应力范围,建议在加铺层结构及层间材料设计时取最不利状态的层间内力.研究结论对沥青路面加铺层结构设计及层间材料技术指标要求具有参考价值.     

半刚性基层模量衰减对沥青路面结构力学行为的影响

针对目前重载车辆、高性能材料和大厚度结构层的广泛应用,结合半刚性基层在使用过程易出现裂缝导致适应性受到质疑的现象,通过分析不同荷载和半刚性基层材料模量变化时的路面力学行为,研究路表弯沉、层底拉应力、拉应变和剪应力、剪应变的变化,提出了后续运营中当半刚性基层受损后,路面结构仍然保持稳定的基层模量范围,更接近路面实际情况,为设计时考虑基层受损状态而确定材料模量提供理论依据,增强了半刚性基层的适应性.分析结果表明:不同荷载作用下,若半刚性基层受损出现模量衰减,模量在1200~2000MPa之间,面层力学行为和底基层力学行为处于稳定状态;模量在1 200~1 600 MPa之间,半刚性基层即使受损也不会影响其正常使用,此时路面结构整体仍处于稳定状态.     

公路隧道复合式路面结构的力学性能研究

建立了公路隧道复合式沥青路面结构的三维有限元分析模型,对单轴双轮轴载作用下的隧道复合式路面结构接缝处沥青混凝土内部和界面处应力进行了分析比较,确定偏载为最不利加载位置,提炼出关键的设计指标：纵缝边缘加载位中心对应的沥青层底水平拉应力和接缝处沥青层顶面竖向剪应力。通过对不同沥青层厚度、不同弹簧刚度以及不同基岩模量和基层模量下沥青层应力曲线响应进行探讨分析,确定出接缝具有较好的传荷能力,可以有效降低沥青层的厚度,设置模量较高的基层,有利于降低对接缝传荷能力的依赖。     

既有半刚性基层沥青路面大修处治策略

为了科学地进行高等级公路既有半刚性基层沥青路面结构大修处治策略,利用Abaqus有限元软件建立路面结构分析模型,分析了路面结构层参数对半刚性底基层抗疲劳寿命的影响,并应用北京市高速公路典型路段的实际数据对计算结果进行了工程验证分析,提出了既有半刚性基层沥青路面大修处治策略.研究结果表明:基层厚度、底基层厚度、面层厚度、交通荷载大小对半刚性底基层疲劳寿命的影响较为显著,路基模量和底基层模量的影响次之,面层模量和基层模量等路用材料刚度的影响相对较小.高速公路实际应用状况也表明:沥青路面首次大修年限与沥青面层总厚度的相关性相比路面结构总厚度更加显著,较厚沥青面层的路面结构具有较长的使用寿命;材料模量出现一定衰变,并不影响路面结构的耐久性基础,旧路结构通过加铺增加面层厚度,在不进行全面翻修改造的情况下,仍可以使路面结构具有充足的耐久性,延长其使用寿命.     

基于有限元的沥青路面坑槽修补结构力学特征研究

根据实际沥青路面坑槽修补的结构形式,建立有限元模型进行力学模拟,用节点跟踪法找出修补路面结构中的最不利受力位置,结果表明剪应力最不利位置在下面层底部,拉应力和压应力最不利位置在路表处.在最不利条件下,分析挖补面积、基层修补材料模量以及基面层层间接触状态对修补路面结构受力的影响,其结果可用于指导坑槽最佳修补面积的确定和基层修补材料的选择以及基面层层间状态的最优设计方案.     

泡沫沥青冷再生混合料在道路大修工程中的应用研究

为了确定泡沫沥青冷再生混合料的适应交通等级及合理的层位结构,对泡沫沥青冷再生混合料的路用性能进行试验研究,认为泡沫沥青冷再生混合料可应用于各级道路的基层.根据我国现行规范及国内典型案例,拟定出高、低等级下沥青道路合理路面结构厚度组合,并利用ANSYS软件进行建模模拟,计算出不同厚度组合下的路表弯沉及基层层底拉应力.并通过数值分析得出各层厚度及旧路面模量对于泡沫沥青冷再生路面性能的影响,得出旧路面强度对大修沥青路面使用性能有重要影响的结论.通过反算累计标准轴载作用次数,并对比我国交通等级的规定,提出泡沫沥青冷再生混合料应用于道路大修工程中合理的路面结构组合.     

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.     

旧路模量对沥青稳定碎石基层路面结构力学影响分析

沥青稳定碎石柔性基层路面结构是目前国际沥青路面界的研究热点,其中旧路回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数,取值变化范围很大,对路面结构力学有重要的影响.文章选取沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构,选用标准荷载,建立三维有限元路面结构模型,分析旧路回弹模量参数变化时的力学响应.分析结果为设计柔性基层沥青路面提供了力学理论依据.