水泥混凝土路面加铺沥青层结构应力分析

为了指导旧路加铺工程合理设计,对加铺结构在交通荷载作用下的受力状态进行了分析。基于路面力学弹性层状体系理论,建立了旧路加铺路面的轴对称有限元模型。主要考虑交通荷载作用,分析了沥青加铺层层底拉应力、剪应力和旧水泥路面层底的拉应力等指标。考虑加铺层和应力吸收层模量的影响对路面结构的力学响应进行了分析计算。为了快速计算材料力学性能对路面结构受力的影响,基于数值计算结果给出一个路表弯沉和沥青加铺层底拉应力的简易计算公式。结果表明:在车辆轴载作用下,增设应力吸收层会减小路表弯沉、沥青层底拉应力、新旧层间的剪应力和水泥层底拉应力各项指标,对于改善路面结构受力状态有积极影响;随着沥青面层模量的增加,路表弯沉、沥青层底剪应力和水泥层底拉应力都趋于减小,但是沥青层底拉应力会增大。由此建议在旧水泥路面加铺沥青面层设计时,应适当选用高模量的沥青混凝土材料,可以缓解路面新旧层之间的剪切脱层破坏,进而延长旧路改造路面的服役寿命。     

旧水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法探讨

旧水泥混凝土路面加铺沥青层对于及时修复已损坏的水泥混凝土路面,保证公路运输畅通具有重要意义。本文针对旧水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法进行探讨,首先介绍了最为常用的两种国外旧水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法:AASHTO经验法和弯沉法,在此基础上,以板裂缝处弯沉差、板裂缝处补强层断裂以及《公路沥青路面设计规范》验算指标为控制指标,建立了多指标旧水泥混凝土路面补强设计方法,从而为实际工程提供借鉴。     

冲击压实后旧水泥砼路面回弹模量的现场试验

为了评估应用冲击压实技术处理后旧水泥砼路面的承载能力,为加铺层的设计提供计算参数参考值,必须进行回弹模量现场试验的研究．文中在分析利用弯沉法测定、评价冲击压实破裂稳固后旧水泥砼路面所存在问题的基础上,阐述了承载板测定方法的原理及适用性;通过对大量实测承载板数据进行分析,获得了冲击压实处理后旧水泥砼板及板下基层回弹模量的量值范围及变化规律,用来评价路面的残余承载能力,并可作为加铺层设计的计算参数参考值．文中还论证了冲击压实技术在处理旧水泥砼路面时的力学效能．     

旧水泥路面沥青加铺改造中弯沉指标研究

使用有限元方法建立旧水泥混凝土路面模型,采用弹簧单元模拟水泥路面接缝处荷载传递性能,分析了接缝两侧水泥混凝土板的弯沉差和平均弯沉随弹簧单元弹性系数的变化规律.在此基础上,建立水泥路面沥青加铺层模型.计算发现,沥青加铺层底部在原水泥路面接缝处存在剪应力集中现象,进而分析了旧水泥路面接缝处沥青加铺层底部的剪应力随弯沉差的变化规律.根据莫尔-库仑强度理论,以沥青加铺层底部的剪应力不大于其容许剪切强度为判断标准,提出旧水泥混凝土路面的弯沉差指标.此指标在旧水泥路面沥青加铺改造时可作为评价接缝传荷能力的参考依据.     

基于刚性夹层的水泥混凝土路面沥青加铺层设计指标

常用的以弯沉为指标的水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法难以客观反映复合式路面力学响应特征。通过计算分析发现,随着刚性夹层模量的增大,路表弯沉逐渐减小,当刚性夹层的模量增大到一定程度后,路表弯沉将不再发生变化,故弯沉指标将难以起到控制作用。因此,本研究根据力学响应分析结果,提出以加铺层剪应力作为设计指标,分析了沥青加铺层层内最大剪应力、界面最大剪应力与沥青加铺层模量、沥青加铺层厚度的相关关系,并提出了预防加铺层界面剪切破坏的技术措施。     

路面结构的路基刚度提高方法

为满足路面结构对路基刚度的要求,基于弹性半空间和双层弹性体系弯沉等效原则,进行路基刚度补偿设计,揭示路基刚度、加铺材料刚度和加铺层厚度对加铺效果的影响。在大型加速加载试槽中选取一段足尺试验路,铺筑级配碎石刚度补偿层,计算并实测路基顶面当量回弹模量。对典型路面结构进行有限元计算,研究结果表明:按弯沉等效原则计算的路基顶面当量回弹模量理论结果与现场测试结果较吻合,能指导刚度补偿层的设计;当路基当量回弹模量从40 MPa提高至120 MPa时,路面结构的整体刚度提高26.9%,水稳层底的拉应力降低15.1%,说明提高路基刚度,能够有效提高路面结构的耐久性。     

超薄水泥混凝土路面结构设计方法

超薄水泥混凝土(Ultra ThinWhitetopping,简称UTW)路面由于其板厚和平面尺寸的特殊性,尚无一套适宜的路面结构设计方法。在对UTW路面结构荷载应力和温度应力利用有限元法进行计算分析的基础上,提出了UTW路面结构设计方法。采用贝克曼梁或落锤式弯沉仪(FallingWeightDeflectometer,简称FWD),测定旧沥青路面表面回弹弯沉,计算综合回弹模量,来评价旧沥青路面承载能力,并推荐控制标准值为当量回弹模量宜大于188MPa。路面板的疲劳断裂是UTW路面的主要破坏模式,据此提出以控制行车荷载反复作用在板内所产生的荷载疲劳应力不大于混凝土弯拉强度作为路面板厚度设计的标准。确定了结构设计参数及路面板厚度计算方法。     

基于FWD动态弯沉盆的旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构模量反算

采用落锤式弯沉仪(FWD)测得旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构弯沉盆弯沉值,利用ABAQUS有限元软件子程序对沥青层温度场进行模拟,并利用SIDMOD程序和EVERCALC程序对旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构模量进行反算分析。研究结果表明:通过温度场有限元模型模拟得到的沥青层不同深度处的温度与实测温度相比较,最大相对差为4.7%;SIDMOD和EVERCALC这2种程序对旧混凝土板共振碎石化基层沥青加铺结构的模量反算结果显示出良好的一致性;与设置刚性下卧层相比,不设刚性下卧层时,沥青层和土基这2层的模量均偏大,而中间层的模量偏小,其原因是共振碎石机械在工作时除了对旧水泥混凝板产生作用外,对水稳碎石层和土基均存在不同程度的扰动和结构破坏现象;没有设置刚性下卧层使土基模量偏高。     

浅析沥青混凝土加铺层改造

通过沥青加铺层厚度及其结构构造的设计,采用处理原水泥混凝土路面板、加铺玻纤格栅、加设水泥稳定碎石结构层、铺设沥青混凝土面层等工艺措施,改善旧混凝土路面的使用功能.     

基于等效弹性半空间的旧水泥路面沥青加铺层设计简化方法

为了简化旧水泥路面沥青加铺层的设计方法,首先基于弹性层状体系理论,利用BISAR对沥青加铺层进行力学响应分析,将原路面简化等效为一个弹性半空间体,沥青加铺层视为一个柔性面层,通过计算确定了沥青加铺层最大剪应力的位置;然后从莫尔-库仑强度理论出发,揭示了沥青加铺层最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的变化规律,建立了沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的对应关系。研究结果表明,原路面结构等效前后沥青加铺层最大剪应力变化规律一致,沥青加铺层最大剪应力出现在加铺层层内,沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、原路面结构的等效模量值之间呈现较好的对数线性关系。以等效结构下沥青加铺层层内最大剪应力为设计指标,不但可以简化设计步骤和计算量,而且可以满足设计精度要求。     

考虑层厚的路面弯沉修正系数研究

路表弯沉实测值与计算值之间常常存在较大偏差，需以弯沉综合修正系数调整．现行沥青路面设计规范中，弯沉综合修正系数F缺乏对路面结构层厚度的考虑，且存在“反常现象”，即随着土基模量的增大，设计厚度也增大的现象．通过现场试验路的测试分析，提出了新的F计算式，以反映F随不同路面结构层厚的变化规律，适应不同层厚的路面结构．     

基于有效模量的沥青路面加铺层设计方法

中国沥青路面加铺设计方法单纯采用旧路面的弯沉作为设计指标,无法指导路面病害较为严重时所需要进行的路面加铺设计。参考AASHTO设计方法中旧沥青路面层系数的建议值,根据模量和层系数的关系,确定了半刚性基层沥青路面结构层的有效模量建议值,并结合中国沥青路面设计方法,提出基于结构层有效模量的半刚性基层沥青路面加铺层设计方法。通过沥青路面加铺设计实例,根据路面病害状况确定了各结构层的有效模量,得到加铺层厚度为10cm。结果表明：该方法设计结果与美国AI法结果基本一致,略低于AASHTO设计结果;避免了当路面代表弯沉值较小时,按现行规范无法进行加铺的情况。     

基于两点路表弯沉反算土基回弹模量的研究

基于层状弹性理论,利用远离承载板中心的两点路表变形响应反算土基回弹模量。根据半刚性基层沥青路面常用路面结构组合形式,构建土基回弹模量与两点路表弯沉值之间一一对应的数据库,建立回归模型。由理论弯沉盆和实测弯沉盆的预测结果表明,建立的土基回弹模量回归预测模型具有良好的精度和可靠性,为进一步快速、有效地评定土基的承载能力提供了依据。     

参数变化对沥青加铺层结构应力的影响分析

交通荷载及温度变化是引起旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的两大因素.交通荷载主要引起加铺层剪切型反射裂缝,温度变化主要引起加铺层张开型反射裂缝.采用三维有限元方法分析了轴载、温度变化幅度及加铺层模量、厚度等参数变化对旧水泥混凝土路面沥青加铺层的荷载应力、温度应力及耦合应力的影响程度,为沥青加铺层的设计方法提供了依据.     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层力学分析

车辆荷载作用所引起的剪切破坏是旧混凝土路面上沥青加铺层(AC)结构产生反射裂缝的主要原因之一,采用有限元法对旧混凝土路面上AC层进行了力学分析,重点考察了车辆荷载作用下接缝处AC层的剪应力与弯沉差,分析了临界荷位及计算参数的影响规律,并给出了可用于生产设计的回归公式。     

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。     

应力吸收防水粘结层防治反射裂缝性能的研究

为了防治旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝的产生,研发了应力吸收防水粘结层（SAWI）。该材料是一种使用高弹改性沥青、砂粒式富沥青断级配沥青混合料,具有低模量、高韧性、高粘性、防渗等特点,可以有效的吸收由于旧水泥板运动产生的应力,阻止反射应力进一步向上传递。应用APA试验结果证明其疲劳寿命是普通沥青混凝土的3.32倍;渗水系数为0,可以防止水分进入路面结构,即使面层产生了裂缝仍然可以起到防水的作用;具有很好层间结合能力, 60℃的真空毛细管粘度超过30MPa•s;具有很好的低温性能,-10℃的弯曲破坏应变是规范要求的5.36倍。该夹层结构在几条高速公路中得到了应用,防治反射裂缝效果良好。     

水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面温度梯度分析

着重分析了水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面温度梯度的变化规律及其受沥青层厚度的影响状况，并结合我国各地气象资料，建立了一个适用于不同沥青层厚度、不同混凝土板厚度的计算混凝土板最大温度梯度的回归公式，为进一步研究该种路面结构的温度应力奠定了基础