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．     

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。     

沥青路面合理结构厚度研究

为了确定沥青路面合理结构厚度,分析研究了沥青路面的半刚性基层厚度或粗粒式沥青混凝土上基层(即粗粒式沥青混凝土下面层)厚度与结构疲劳损伤之间的关系,选择了两种典型高速公路常用沥青路面结构和以往较成功的路面结构及参数,应用SHELL公司Basir3.0程序计算在标准轴载作用下不同路面结构厚度的路表理论弯沉、粗粒式沥青混凝土层底面理论弯拉应力、半刚性基层底面理论弯拉应力和半刚性垫层底面理论弯拉应力,计算分析得到路面结构的合理厚度;并进行了经济分析.     

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.     

大粒径沥青碎石基层沥青路面力学分析

采用大型有限元分析设计软件ANSYS分析大粒径沥青稳定碎石材料作为基层材料时,随着其弹性模量和厚度的变化,沥青路面的路表弯沉和路面结构各层层底的水平拉应力、剪应力的变化规律.用ANSYS对路面结构进行仿真模拟,是一种经济、可行的方法,为路面力学计算提供了有益的参考.     

基于横观各向同性倒装式沥青路面结构分析

基于所建的横观各向同性层状弹性体系解,分析了碎石材料横观各向同性特性对倒装式沥青路面结构的影响,分析结果表明,随着碎石材料水平模量的减小,路表弯沉和沥青层底拉应变是增加的,而半刚性基层底部拉应力和路基顶部压应变却是减小的。沥青面层的厚薄较为严重地影响路表面弯沉、沥青层底拉应变和路基表面压应变,碎石材料的横观各向同性特性对于稍厚一点的沥青面层的路面结构影响不是很大。     

自密实混凝土与老混凝土黏结收缩有限元分析

在自密实混凝土与老混凝土约束收缩试验的基础上,采用大型有限元软件ABAQUS进行了新老混凝土黏结约束收缩的有限元模拟.通过与试验结果进行比较,验证了有限元模型的可行性.并从应力分析的角度研究在约束收缩的作用下,新老混凝土黏结的应力分布规律.计算结果表明,在黏结面附近新混凝土受到明显的拉应力,而沿着试件高度方向拉应力不断减小直至转变成压应力;黏结面上的剪应力则在两端部最大,中部最小;修补混凝土较薄时新混凝土由于约束收缩而受到的拉应力较大;当新混凝土高长比为1/4时,混凝土上的拉应力最小.     

重载交通干线公路旧沥青路面加铺层结构力学分析

通过调研发现重载交通干线公路存在3种主要损坏模式:疲劳开裂、车辙、路面结构强度降低.以大修结构满足这3项因素为出发点提出了3项设计控制指标:路表回弹弯沉、面层层内最大剪应力、结构层层底拉应力.应用KENPAVE软件计算分析种结构形式各项指标的主要影响因素,并进行基于响应面法的方差分析.应用响应面优化方法对各种形式的大修结构进行优化设计,得到优化后的典型大修结构形式.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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．     

基于室内结构试验的半刚性基层开裂数值仿真

为获得半刚性基层沥青路面结构的力学参数并分析其变化规律,设计并修建了大尺度半刚性基层沥青路面结构室内试槽,采用逐级加载方法进行结构内部应力、应变和模量的分层检测与试验.在试验数据的基础上,建立道路三维有限元模型,验证模型正确后进行了承载板数值仿真试验,分析了超载引起的半刚性基层开裂位置、起裂荷载、裂缝状态、应力强度因子和裂缝类型等问题.结果表明:当交通荷载超过起裂荷载时基层裂缝开始出现,沿路面横向基层层底靠近承载板中轴线位置的单元首先开裂,裂缝在行车荷载作用下进一步向上扩展而形成基层横向裂缝;半刚性基层荷载型开裂主要以I型张开型裂缝为主,应力强度因子大小取决于施加的荷载大小、裂缝长度和模型几何尺寸,应重点从合理设计基层厚度、改进基层材料性能和严格控制超载几个方面减少半刚性基层裂缝的产生.     

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.     

低水泥剂量稳定级配碎石基层典型结构分析

目的找寻适应不同交通等级的合理的低水泥剂量基层沥青路面结构．方法拟定低水泥剂量级配碎石基层沥青路面结构,利用有限元软件计算以低水泥剂量稳定级配碎石取代半刚性基层后对弯沉、沥青层底拉应力等设计指标的影响,并结合交通荷载分析各结构层厚度组合合理性．结果轻交通等级下,推荐使用5cm普通沥青混凝土面层＋22cm水泥质量分数为3％的低水泥剂量稳定级配碎石单基层;中交通等级下,推荐采用上基层厚度大于15cm的水泥质量分数为2．5％的低水泥剂量稳定级配碎石,半刚性下基层厚度至少为20cm结构组合形式;重交通等级下,推荐采用15cm水泥质量分数为2．5％的低水泥剂量稳定级配碎石上基层和15cm＋20cm半刚性双基层结构组合．结论在重、中交通荷载作用下,合理的低水泥剂量级配碎石基层能够在防治反射裂缝同时,较好地满足交通荷栽需求．     

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.     

冷再生结构层力学响应分析

通过研究冷再生结构层受力分析,在室内试验数据基础上,采用有限元BISAR软件对冷再生结构层以及常规半刚性路面结构层进行力学响应分析,得出了常规半刚性基层与冷再生基层力学响应的差异、冷再生层合理厚度、冷再生基层路面铣刨深度以及冷再生基层路面的使用条件.该研究对冷再生结构层设计与施工具有一定的借鉴作用.     

考虑板角脱空的公路隧道水泥路面设计方法

建立了公路隧道水泥混凝土路面结构在板角脱空下的三维有限元分析模型,计算了各种因素水平下的板角顶面拉应力和板底拉应力,并利用多元非线性回归技术得出了高强度基岩下的应力计算公式.基于此,提出以板底拉应力和板角顶面拉应力为控制指标的隧道水泥混凝土路面的设计方法,并通过实例进行了计算,对公路隧道工程设计人员进行路面结构设计时具有实际的参考价值.     

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.