动态载荷下半刚性路面应力分析

针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性来考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,采用ANSYS有限元分析软件分析了动态荷载下半刚性路面的应力特性。结果表明,路面的疲劳破坏是动载引起的水平应力、横向应力和垂直应力共同作用的结果,水平应力的交变变化是使路面产生疲劳破坏的主要因素。在一定的车速下,随着载荷的增加,半刚性底基层底部的最大水平拉应力增大;在一定的载荷下,随着行车速度的提高,半刚性底基层底部的最大水平拉应力减小,提高行车速度可以减小路面的损伤程度。     

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.     

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。     

面层层间接触对沥青路面设计参数的影响

针对沥青面层层间污染导致面层层间粘结不良的问题,采用壳牌路面设计软件BISAR3.0,选择市政道路典型的两层式半刚性基层沥青路面结构,根据弹簧柔量接触模型,对比分析基、面层层间接触条件和面层层间接触条件对沥青路表弯沉和层底拉应力的影响,进而确定面层层间接触条件对半刚性基层沥青路面设计的重要性。结果表明,面层层间接触条件对路表弯沉和沥青层层底拉应力影响较小,对半刚性基层层底拉应力影响较大,在路面结构设计时有必要验算层间不连续状态下的半刚性基层层底拉应力,并采取有效措施保证面层层间粘结。     

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。     

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。     

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.     

不同荷载与层间接触条件下沥青路面力学分析

利用BISAR 3.0程序,分析沪宁高速公路扩建工程的实体路面结构受力情况,得出不同荷载与层间接触条件下,路面结构拉应变、最大剪应力、竖向剪应力、拉应力的分布特征与变化规律,在此基础上,又分析了对路面使用性能的影响。结果表明：超载引起半刚性基层、沥青面层、底基层两个界面层间滑动,进而使整个路面结构受到破坏。     

基于半刚性层模量衰变路面疲劳寿命分析

半刚性路面在使用过程中半刚性基层材料的强度是不断衰减的,为正确预估路面的疲劳寿命,以半刚性基层材料模量衰减为切入点,根据层状弹性体系理论,建立路面结构力学模型,分析模量衰减对各路面结构层疲劳寿命的影响,指出我国现行规范设计指标存在的一些问题,提出建议采用沥青面层层底拉应变和半刚性层层底拉应变两项设计指标。同时为避免路面早期破坏,应设法降低半刚性基层层底拉应力水平,提高半刚性材料的抗拉性能。     

基层铺筑时施工车辆对石灰土底基层的力学影响分析

石灰土底基层的结构承载能力与养护时间密切相关.为探求基层施工期间,石灰土底基层在汽车轮作用下内部的力学行为、路面的损坏机理和类型,本文首先通过室内试验研究,获得了石灰土不同龄期的各种路用性能.然后利用Bisar3.0程序计算出龄期、施工车辆轴载、水平荷载等各种因素作用下,弯沉、层间剪应力和层底拉应力等力学指标变化规律,这对改善半刚性基层沥青路面早期破坏现象具有一定的借鉴作用.     

白加黑路面层间剪应力影响因素的正交分析

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层时,层间接触面是路面结构抵抗水平剪切应力的最薄弱环节.利用路面设计软件BISAR,在分析了影响沥青面层和水泥混凝土基层层间剪应力因素的基础上,采用正交试验方法对各影响因素的敏感性进行比较.分析表明,车辆轴载对层层间剪应力的影响最大,随着轴载的增加,层间剪应力逐渐增大,二者呈现线性关系;沥...     

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.     

北京市柔性路面设计方法和参数的研究

柔性路面设计方法与参数是道路设计中的一个重要方面。为了配合“城市道路设计规范”的编制,并结合北京市具体情况进行了较长时期的研究工作。文章研究了弯沉、弯拉及高温剪切三个控制指标,尤其是对半刚性基层的计算进行了新的探索。此外,对北京市的交通情况及横向分布系数进行了观测与资料分析,系统研究了北京市的土基、材料的特性,取得了参数;利用室内环道用九种不同结构组合对上述指标及参数进行综合验证。目前该成果已用于北京市的路面设计中。     

大跨径钢桥UHPC-TPO超薄铺装新体系力学 计算与分析

为了研究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)-聚合物混凝土薄层铺装(thin polymer overlay,TPO)超薄铺装体系在不同的车辆轴载、水平力大小、TPO铺装层厚度、荷载位置下的力学性能,采用正交试验设计进行有限元计算.研究表明:随着轴载增大,UHPC最大拉应力、TPO最大拉应力、UHPC与TPO层间最大剪应力均显著增大;水平力大小对UHPC-TPO层间最大剪应力影响显著;增大TPO厚度对结构受力有利;考虑超载230%且紧急制动的不利工况,UHPC最大拉应力和TPO最大拉应力均小于各自的开裂强度、UHPC与TPO层间最大剪应力远小于界面抗剪强度.     

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。     

沥青路面层间结合的扭剪与拉拔试验分析

重载道路沥青路面层间结合具有特殊的受力状态.综合基层其抗扭剪性能与抗拉拔性能以及两者之间的相关性可以全面评价层间黏结效应.以简化的结构模型为基础,通过设计实验方法确定基于两指标的黏结层材料洒布量的变化规律,并提出了两者间的关系方程.     

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。