基于水泵力场效应的水泥混凝土路面现场冲刷试验研究

针对目前水泥混凝土路面板底脱空处动水压力模拟存在的不足,通过现场试验测定了脱空位置、浸水情况、荷载速度、车辆轴质量、温度差、面板厚度和基层模量等条件下的动水压力大小以及冲刷损失量.结果表明:在交通荷载作用下,第二块板底产生水压力而第一块板底产生抽吸力,致使水流方向与行车方向相反;板角处脱空为最不利脱空位置;随着注水量的增加,动水压力呈线性增长;随着车辆轴质量的增加,动水压力呈指数增大;当后轴重力从38.2kN增加到68.2kN,动水压力增幅约110%;随着行车速度和温度差增加,动水压力呈线性增长;随着面板厚度和基层模量的增加,动水压力分别呈线性递减和乘幂减小.     

基于COMSOL Multiphysics的路表瞬态动水压力数值仿真分析

针对积水路面行车轮胎产生动水压力易导致水损害和车辆打滑的问题,探索车辆产生滑水风险的速度和路面材料受动水冲刷的损伤过程,以奥迪A4L和陕汽重卡德龙F3000两种型号的车为主要研究对象,运用AH-E型传感器在水泥混凝土路面上实测二者在不同行驶速度下的动水压力;基于COMSOL Multiphysics软件平台建立轮胎-水膜-道面相互作用的流固耦合数值模型,对动水压力的影响因素进行规律性分析,并计算滑水风险速度.结果表明:动水压力随水膜厚度、行车速度和车辆轴载的增加而增大;轮胎-水膜-道面相互作用区域划分为正动水压力区和负动水压力区,二者共同作用,对路面材料产生较强的动水冲刷;随着路表水膜厚度的增加,汽车发生滑水风险的速度不断减小,相同速度下小车比卡车更易发生滑水风险.     

软土地基路基不均匀沉降引起路面结构附加应力

以解析解表达式为基础详细分析了不同沉降量和路面结构参数对路面结构附加应力的影响。沥青面层的厚度增大 ,面层底面的附加压应力近线性减小 ,而基层底面和底基层底面附加拉应力却近线性增大 ;随着基层厚度和底基层厚度的增加 ,路面各结构层附加应力都呈线性增大。沥青面层模量和底基层模量对面层底面的附加应力影响明显 ,而基层模量影响不太明显 ;基层底面及底基层底面附加拉应力随着各层模量的增加呈线性增大 ,沥青面层模量及底基层模量对层间剪应力影响尤其明显。     

含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理

为获得含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理,开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,并研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响.研究结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅逐渐减小,路面结构的荷载应力也逐渐减小.随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系.     

压浆处治对旧水泥混凝土路面板力学响应影响的数值模拟

为进行压浆处治后水泥混凝土面板力学响应分析,使用三维有限元软件建立板底压浆处治模型,根据数据绘制应力和挠度与其相关影响因素的变化关系图,系统分析了压浆尺寸、压浆厚度和压浆模量三个压浆参数,以及面层厚度、基层厚度、基层模量和荷载大小四个结构参数对压浆处治路面板力学行为的影响。结果表明:当压浆厚度和压浆尺寸较小时,对水泥混凝土面板力学行为影响较大且占主导地位的是压浆尺寸;当荷载从100 kN增加到180 kN时,水泥混凝土路面板的应力增幅在80%以上,说明荷载大小的变化对水泥混凝土路面板影响显著;在压浆处治过程中,当压浆模量大于基层模量时,其处治效果较好,但当压浆模量逐渐达到1 000 MPa,压浆处治效果作用缓慢,材料性能得不到充分利用。     

重载作用下沥青路面结构动态响应敏感性分析

采用三维有限元动力分析模型,分析了重载移动作用下轴载重量、轴载速度、路面结构参数等因素变化,对沥青路面动态响应的影响.结果表明:路面动态响应随着轴重的增加呈线性显著增加;轴载速度对路面动态响应有一定的影响,路面结构动态响应随轴载速度的增加呈现先增加再降低的趋势,重载车辆以常见速度运行时,对路面结构产生的疲劳破坏影响显著大于静载产生的疲劳破坏;路面结构参数中,面层厚度对路表剪应力、路表竖向压应力影响特别显著,路基模量对路表弯沉、底基层拉应力、路基顶面压应变影响特别显著.     

考虑层间粘结的水泥路面荷载应力数值模拟

为分析轴载和层间粘结程度对水泥路面荷载应力的影响,在基层和面层之间设置了反映层间粘结程度的接触单元,进而建立了车辆荷载作用下的水泥混凝土路面三维数值模型。利用模型分析了:1)标准轴载下层间粘结状态对水泥路面面层和基层应力的影响;2)轴载对水泥路面荷载应力的影响。结果表明:1)随着层间粘结程度增加,水泥路面板底拉应力减小,基层底拉应力增加,但基层底拉应力不大;2)随着轴载增加,水泥路面板底拉应力增加。随着粘结程度增加,板底拉应力增长速率越来越低;3)在超载条件下,综合考虑荷载应力和温度应力,层间完全粘结更有利于水泥混凝土路面板承载。     

连续配筋水泥混凝土路面脱空状态下荷载应力参数影响分析

利用ABAQUS有限元软件,建立板底脱空状态下的三维有限元模型,研究不同脱空尺寸下,板厚、混凝土弹性模量、基层厚度、基层模量、裂缝宽度对CRCP板荷载应力的影响.结果表明,随脱空尺寸的增大,CRCP板的拉应力增长幅度先增大后减小,挠度增长幅度则持续增大;板厚的增加以及裂缝宽度的减小可以明显减小脱空状态下的荷载应力和挠度...     

动荷载作用下沥青路面的表面裂缝扩展研究

【目的】研究沥青路面表面裂缝在动荷载作用下的扩展行为,分析完整沥青路面结构和含表面裂缝结构的负荷响应,探讨应力强度因子K₂随着荷载变化的规律,以及表面裂缝在扩展过程中K₂的敏感性,为公路工程中路面结构抗裂设计提供一定理论依据。【方法】应用有限元软件ABAQUS建立沥青路面表面裂缝结构模型,基于动力学理论对交通荷载作用下沥青路面结构进行数值计算。【结果】动荷载作用下,完整沥青路面的表面弯沉较静态荷载有所减小,随着裂缝扩展深度的增大,弯沉值会逐渐增大; 动应力强度因子K₂的变化曲线较荷载变化曲线具有一定的滞后性,且最大值大于静态荷载下K₂的值; 表面裂缝向下扩展过程中,K₂在扩展前期增长速率较快,扩展至面板厚度一半后,K₂的增长速率逐渐放缓; 减小面层模量、增大基层模量和厚度,能够较好地抑制表面裂缝的扩展,其余参数则影响较小; K₂随着行车荷载的增大呈线性增长趋势,裂缝扩展越深K₂增加越显著。【结论】延长含表面裂缝的沥青路面结构的使用寿命,较好的方法是减小面层动态模量,适当增大基层的动态模量以及增大基层的厚度。     

典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析

针对半刚性路面(S1)、倒装式路面(S2)、组合式路面(S3)开展三维有限元计算,分析其面层底动态应变的空间分布特性及车辆荷载参数对沥青路面动态应变响应的影响规律;同时,基于应变响应及沥青层疲劳预估方程,对比不同类型路面的疲劳寿命.结果表明:行车荷载在沥青路面面层层底平面所引起的拉应变主要集中在轮印作用区域,其由应变值所表征的最不利位置出现在轮印面积中心;车辆动载条件下的应变响应量小于静态荷载模式,其中,S2的动、静力差异性表现尤为显著;随着轴质量的增加,面层底动态应变逐渐增大;而随着车速的提高,应变响应量逐渐减小;随着轴质量的增加,沥青层疲劳寿命急剧减小;在行车安全的前提下,合理提高车辆行车速度有利于提高沥青路面使用寿命,3种路面的面层疲劳寿命排序为S1>S3>S2.     

脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态

基于层间弹簧模型提出支承状态模拟方法,构建刚性道面板数值仿真模型.考虑不同飞机荷载和接缝状态,分析脱空影响下的道面板荷载应力增幅、位置偏移及重分布规律.结果表明:层间弹簧模型可准确地模拟脱空导致的刚性道面板支承损失以及不同脱空状态;随着脱空加剧,脱空区边缘的荷载应力增大,最大荷载应力在板厚方向上的位置由板底转移至板顶;...     

热力耦合下CRC+AC复合式路面沥青层力学响应分析

基于传热学、力学、材料学等学科理论,运用ABAQUS有限元分析软件建立带缝状态下的CRC+AC复合路面结构热力耦合模型,并通过实体工程实测弯沉及温度证实热力耦合模型的可靠性,利用建立的热力耦合模型研究沥青层厚度、轴载、行车速度、连续配筋混凝土层微裂缝宽度对CRC+AC复合式路面结构沥青面层力学响应的影响规律,设计正交试验研究沥青面层力学响应各影响因素的敏感性,分析沥青层表面和底部的应力演化特性及开裂诱因。研究结果表明：各影响因素对沥青层表面的横向应力和纵向应力影响较小,沥青层厚度和CRC层微裂纹对沥青层表面剪应力影响较小;当车辆轴载由100 kN增加到160 kN时,沥青层表面剪应力增加约24.10%,当行车速度由60 km/h增加到120 km/h时,沥青层表面沥青层表面剪应力减小12.00%;当沥青层厚度由6 cm增加到14 cm时,沥青层底横向拉应力降低88.90%,纵向拉应力降低88.70%,剪应力降低56.70%;当车辆轴载由100 kN增加到160 kN时,沥青层底横向拉应力减小56.6%,纵向拉应力减小62.10%,剪应力增加85.50%;当行车速度由60 km/h增加到...     

行车荷载作用下粉土路基的永久变形

为探讨行车条件下沥青路面粉土路基的永久变形规律,首先依据弹性层状体系理论计算不同路面结构类型、不同车辆轴质量下,沥青路面路基的竖向附加应力分布特征;然后通过动三轴试验,分析了粉土路基土在重复荷载作用下的累积塑性应变与动应力大小、土体物理状态的关系,并建立粉土路基土的循环累积塑性应变预测模型;基于上述理论分析和试验结果,探讨行车荷载作用下粉土路基的永久变形.研究表明:路基永久变形随轴载作用次数增加而逐渐增大,但当作用次数超过1×106次,增大速率逐渐减缓;压实度对粉土路基的永久变形影响较大,当路基压实度较低时,提高压实度、增加基层厚度或增大基层模量均能显著减小路基的永久变形,但当压实度高于93%,不同行车荷载、不同路面结构的路基永久变形差别减小.     

基于水-热-力耦合作用的冻土区CRCP路面应力特性

为了研究多年冻土区地基融沉效应对路面结构应力状态的影响,基于水-热-力耦合作用理论,利用COMSOL有限元软件建立了冻土区连续配筋混凝土路面(CRCP)有限元模型,研究了基层与底基层材料参数、面板厚度与模量、配筋率对CRCP路面结构组合应力的影响,提出了适用于多年冻土区CRCP路面的合理结构形式.结果表明,地基融沉效应对于CRCP路面结构应力影响显著.融沉效应和车辆荷载耦合作用下,板内最大主应力随时间推移逐渐变大.板内最大主应力随面板、基层和底基层的厚度增加而减小,随各层模量的增加而增大,但配筋率的变化对其无影响.考虑融沉效应时,CRCP路面板+水泥稳定碎石+石灰土的路面结构较适宜于多年冻土区,可为多年冻土地区CRCP路面结构设计提供参考.     

FWD荷载作用下碾压混凝土基层沥青路面的动态响应试验

为研究碾压混凝土基层沥青路面在落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,FWD)荷载作用下的动态响应,铺筑了试验路,通过在试验路内部布设应变传感器,获取了不同工况条件下试验路路面结构层内的应变响应,分析了碾压混凝土基层沥青路面的动态特性及荷载、温度等因素对路面动态响应的影响,构建了碾压混凝土基层沥青路面结构沥青面层底最大水平拉应变预估模型.结果表明:FWD荷载作用下,在距离荷载板中心30 cm范围内路表弯沉变化较大,距离荷载板中心30 cm范围以外,路表弯沉随位置变化的幅度较小,且温度越高,这种趋势越明显;在加载中心点的正下方,路面结构层内部表现为拉应变,且荷载越大,应变越大;相同荷载作用下,碾压混凝土基层沥青路面的底基层、基层与面层底的应变均小于传统半刚性基层沥青路面,随着荷载水平增加及温度升高,路面结构层内部的应变逐渐增大;路面结构层底的应变随荷载增加呈线性增加,随温度升高呈指数增加,路面温度升高50%,50 kN荷载作用下沥青面层底的应变水平与100 kN荷载相当.     

绿洲-荒漠区路基工作区深度计算及影响因素分析

考虑车辆荷载为半正弦移动荷载,文章基于ADINA有限元软件,建立了三维有限元分析模型。计算路基不同深度处动应力的大小,并与实测数据对比,验证了模型的正确性,通过分析新疆绿洲-荒漠区的典型公路结构层形式,计算得出了该公路结构层的路基工作区深度为1.44m左右。同时分析不同移动速度、超载量、路基模量、基层模量和基层厚度对路基工作区深度的影响,得出路基工作区深度随着荷载移动速度、基层模量和基层厚度的增大而减小,随着路基模量和超载量的增大而增大。研究结果可为绿洲-荒漠区公路设计及施工提供有益的参考。     

轴载对复合式路面应力吸收层荷载应力的影响

研究改性沥青混合料应力吸收层在复合式路面结构中的受力状态,对于其材料组成设计具有指导意义。采用有限元数值分析方法,建立基于应力吸收层的复合式路面三维有限元模型,分析轴载、模量变化对应力吸收层荷载应力的影响。结果表明：应力吸收层本身处于极为不利的受力状态,刚性基层接缝处应力吸收层层底存在应力集中,应力增长了60%,其模量越低,应力集中越明显,层内荷载应力呈3阶多项式函数变化;应力吸收层层内荷载应力随轴载增加呈线性增长,轴载变化对层底荷载应力影响最显著。     

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载,采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好的表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。     

机场薄层沥青道面荷载应力和位移分析

采用三维等参有限元法,分析了简易机场薄层沥青道面各层间完全连续接触时土基回弹模量、基层回弹模量和厚度等因素对荷载应力和表面弯沉的影响。分析表明,半刚性基层底面拉应力随土基回弹模量、基层回弹模量和厚度近似呈线性变化;面层底面受压,应力值变化很小,基本不受影响;表面弯沉随基层厚度呈线性变化,随土基回弹模量和基层回弹模量呈曲线变化。     

基于有限元ANSYS的半刚性基层沥青路面力学响应分析

为解决乌鲁木齐市城市道路半刚性基层沥青路面横、纵向裂缝和车辙病害严重的问题,选取乌鲁木齐市城市道路典型的半刚性基层沥青路面结构,对面层厚度、基层模量以及基层厚度进行规律性的变化,研究沥青路面结构在不同行车荷载作用下的力学分布及变化规律.利用ANSYS有限元软件对不同行车荷载作用下的半刚性基层沥青路面结构进行仿真计算,并对提取的数据进行分析.结果表明:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,但减小幅度却各有不同;随着半刚性基层厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,且减小幅度均较小;随着半刚性基层模量的增加,竖向位移和沥青层剪应力均逐渐减小.因此,建议沥青面层在18～20 cm取值,半刚性基层厚度在35～40 cm取值,半刚性基层模量在1500～1600 MPa取值.