FWD动载下的横观各向同性路基动力响应分析

利用有限元分析原理,建立基于横观各向同性路基的三维仿真模型,分析在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)脉冲动载作用下路基表面的弯沉,及不同深度处力学指标的变化,讨论土基材料横观各向同性对力学指标的动力响应影响.结果表明,路基弯沉峰值随距荷载中心点距离的增大而滞后,荷载中心点与距荷载中心200 mm处传感器点的滞后幅度最大(为60%);弯沉值随水平模量的增大而减小,最大减小幅度为21%;路基所受应力随深度的增加而减小,最大减小幅度为67%;水平模量的增大也会减小应力值,最大减小幅度为28%.落锤式弯沉仪能较好模拟车辆移动荷载状况,反映实际路面受力情况,基于横观各向同性的土质路基,能有效地预测路基的使用性能.     

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．     

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.     

基于多层弯沉盆法的沥青路面结构层模量反演

路面结构层模量是确定路面结构损伤状态的重要指标,决定着道路养护决策的科学性,而路面结构层模量反演是确定此指标的有效方法,也是路面结构性能评价中最关键的技术之一。文章利用沥青路面各结构层实测的弯沉盆数据,基于多层弯沉盆法对路面各结构层的弹性模量进行了反演分析。结果表明:多层弯沉盆法与传统方法的模量反演结果相比,沥青层和路基模量反演结果较为接近,而半刚性基层(上基层、下基层、底基层)结果差别较大;从底基层顶面到沥青层顶面,路基反演回弹模量修正系数逐渐减小,而路基弹性模量随检测层位的增高即压应力的减小而增大。     

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．     

层间结合对半刚性沥青路面力学响应影响分析

基于弹性层状体系理论,引入古德曼模型接触面单元理念反映层间结合条件,针对国内典型的半刚性基层沥青路面结构,分析不同层间结合条件下路表弯沉、层底弯拉应力、沥青面层剪应力等力学响应.层间结合条件影响了路面结构的力学响应,层间完全光滑使得集中于面层内的剪应力增大.应从设计、施工及运营管理等方面严格控制层间结合条件.     

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．     

长寿命沥青路面结构层参数的敏感性分析

通过长寿命路面结构层参数的敏感性分析,为路面结构设计提供理论依据.结构层参数敏感性分析采用正交试验法,借助Bisar3.0程序计算沥青层底面拉应变εt,路基顶面压应变εc和半刚性基层底面拉应力σt.计算结果表明:显著水平α=5%时,只有沥青混凝土厚度、碎石层模量和沥青混凝土模量对沥青层底面拉应变有显著影响.其中沥青混凝土厚度对3个指标的影响最大.依据计算结果为陕蒙高速长寿命路面试验路推荐了两种典型结构.     

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.     

级配碎石上基层沥青路面结构力学响应分析

目的 研究级配碎石上基层沥青路面结构力学响应规律,为级配碎石上基层沥青路面结构设计提供理论依据.方法 采用ABAQUS有限元分析软件,建立路面结构计算的三维有限元模型,通过改变级配碎石基层的模量和厚度,将半刚性基层沥青路面和级配碎石上基层沥青路面结构力学响应结果进行对比分析,并以此计算结果,从材料弯拉疲劳的角度,对级配碎石上基层沥青路面的疲劳寿命进行的分析.结果 级配碎石模量和厚度的变化对沥青面层的剪应力、层底拉应力,以及半刚性基层层底的拉应力都有不同程度的影响,建议级配碎石层厚度为12cm,模量值应选取350～500MPa进行设计.结论 只要合理设计级配碎石基层的厚度和提高模量,该种结构具有较好的应用前景.     

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.     

应用弯沉盆反算土基回弹模量

为准确反算土基回弹模量,利用层状弹性体系理论和冲击荷载沿路面结构下传扩散的特点,建立了路表变形响应与模量反算模型.通过层状弹性体系计算程序计算路表弯沉值,构建结构层参数与路表弯沉值之间一一对应的数据库,并基于此数据库建立了由路表弯沉盆反算土基回弹模量的回归模型.理论弯沉盆和实测弯沉盆反算的算例分析表明:计算结果与国内外一些著名的反算程序差异不大.距离荷载中心较远位置处的路表变形响应只受到土基的影响.     

沥青稳定碎石应力依赖模型的柔性路面结构分析

为建立沥青稳定碎石的非线性应力依赖本构模型,并将该模型应用于路面结构力学分析,提高路面结构分析的准确性.采用动三轴试验模拟不同应力状态,测试沥青稳定碎石的回弹模量,建立材料的非线性应力依赖本构模型;采用Abaqus有限元软件中的UMAT子程序编程并定义沥青稳定碎石的本构模型,进行基于沥青稳定碎石非线性应力依赖本构模型的路面结构数值模拟.结果表明:沥青稳定碎石的回弹模量有着较强的应力依赖特性,在研究所涵盖的应力状态下,其模量最大值为最小值的175%.通过有限元路面结构分析可知,与非线性分析相比,传统的弹性分析低估了沥青稳定碎石基层底部拉应变约10%,低估级配碎石顶部最大压应力约5%.沥青稳定碎石的非线性应力依赖特性显著影响路面分析结果,应在路面结构设计时考虑该特性.     

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．     

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．     

黏弹性对沥青路面疲劳开裂的影响

建立了黏弹性三维有限元模型,对典型沥青路面结构路表及沥青层底的水平应力进行了计算,分析了荷载模式及温度对黏弹性响应的影响。结果表明:在循环荷载作用下,路表和沥青层底都经受水平压应力和拉应力的重复作用,且在路表和沥青层底分别产生少量的残余拉应力和残余压应力,这有可能是造成沥青路面从上到下或从下到上疲劳开裂的原因之一。随着温度的升高,残余应力减少,且路表产生的压应力幅值和沥青层底产生的拉应力幅值都降低。     

沥青加铺水泥混凝土路面板角施荷受力分析

为研究沥青加铺水泥混凝土复合路面在板角作用荷载时的结构计算方法,采用弹性地基上的多层薄板理论,建立了有限尺寸多层复合路面的计算模型,通过假定地基反力函数和路面板挠曲位移函数,得出了板角作用荷载时有限尺寸分离式路面和结合式路面的求解方法.分析结果表明:若取距板角槡2a+1.5he位置的混凝土板表面应力为位移函数计算控制应力,则该应力与有限元分析的最大应力吻合较好(相差不到5%);而沥青面层应力前者小于后者,最大相差40%.位移函数计算与有限元分析结果的板角弯沉最大相差9%.合理假定地基反力函数和路面板位移挠曲函数可以得出分离式和结合式复合路面板角作用荷载时的最大弯沉及各结构层的控制应力.     

足尺路面加速加载控制系统及试验研究

自行研制了足尺路面加速加载试验设备,介绍了控制系统的硬件组成并进行了路面实验。控制系统采用CAN总线技术,通过变频器矢量控制方法实现路面加速加载设备的单方向循环式加载,利用该设备能够短时间内产生车辙和疲劳破坏,为道路设计、生命周期内的破坏机理研究、施工及验收以及新技术,新材料的应用提供了可靠的实验数据。通过路面加速加载实验,研究车辆荷载、行驶速度和轮胎胎压对路面结构的应变关系。结果表明:在行车荷载作用下,沥青面层底部动应变响应呈拉压应变交变状态;当胎压、荷载和速度发生变化时,沥青面层底部拉应变较压应变变化大,但随着速度的提高,变化趋势逐渐变小。