全厚式沥青路面结构设计与优化

为探究抗疲劳结构层等功能层在全厚式沥青路面结构中所发挥的作用,设计了以级配碎石为底基层,细粒式密集配沥青混合料结构层为抗疲劳层的全厚式沥青路面结构,以改变结构层厚度和设计轴载的方式计算了不同因素组合下路面结构的沥青层层底拉应变、路基顶面压应变及预估使用寿命,使用方差分析法确定了不同因素对路面结构使用性能的影响,最后对设计的路面结构进行了优化。结果表明:细粒式密集配沥青混合料结构层和级配碎石结构层厚度的增加对保证路面结构耐久性有着积极作用,重复重载作用是影响路面结构使用性能和耐久性的主要因素。

应用数字散斑技术的沥青混合料劈裂应变研究

采用数字散斑相关方法对沥青混合料试件间接拉伸试验中的拉伸应变进行研究.通过程序模拟散斑图的拉伸试验,得出所用数字散斑相关方法处理程序可用,且具有很高精度;通过与应变片测量法、计算法的比较和分析得出数字散斑相关方法的有效性.结果表明,数字散斑相关方法用于测量间接拉伸应变有效可行.

SBS改性沥青混合料疲劳极限拉应变研究

为了证实和确定SBS改性沥青混合料疲劳极限标准,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了SBS改性沥青混合料疲劳寿命随拉应变水平的变化规律,拉应变水平的变化模拟了实际路面沥青层厚度变化对层底拉应变的影响.结果表明:当拉应变水平较高时,沥青混合料疲劳寿命有限;随着拉应变水平降低,疲劳寿命逐渐增大,且拉应变水平越低,增幅越大;当拉应变水平由400×10-6向100×10-6变化时,疲劳曲线在200×10-6处有明显的转折,此后,随着拉应变水平进一步降低,疲劳曲线明显变得平缓,呈现典型的渐近线特征,这证实了SBS改性沥青混合料存在疲劳极限这一假设;基于交通发展、设计年限和经济性,通过理论计算,建议SBS改性沥青混合料疲劳极限拉应变可以采用140×10-6.

冻融循环条件下的沥青混合料半圆弯拉试验

在-20~20℃的冻融循环条件下,利用自行设计的半圆弯拉试验,研究了分别进行0,6,12和18次冻融循环后,SBS质量分数(w(SBS))分别为0,4%,5%和6%的沥青混合料AC-16,AC-20和SMA-16的层底抗拉强度和抗拉应变的影响.结果表明:冻融循环次数相同时,随w(SBS)的增加,沥青混合料的层底抗拉强度和抗拉应变先逐渐增大再逐渐减小;当w(SBS)为5%时,3种级配沥青混合料均表现良好的层底抗拉强度和抗拉应变;AC类沥青混合料的层底抗拉强度和抗拉应变均优于SMA类;季节性冰冻区采用w(SBS)为5%的AC-16沥青混合料可更好地减缓路面开裂.

用粘弹性理论预测沥青混合料的劈裂疲劳寿命

基于粘弹性理论，用拟应变来代替实际应变，建定了劈裂疲劳的破坏标准，推导了沥青混合料的劈裂疲劳寿命预测模型．通过劈裂蠕变试验确定了蠕变柔量、斜率、松驰模量以及拟应变等模型参数，预测了AC13沥青混合料在0．1和0．15应力比下的劈裂疲劳寿命．最后经劈裂疲劳试验验证，修正了预测模型．结果表明：预测模型可以较为准确地预估劈裂疲劳寿命，其离散性小于传统的劈裂疲劳试验，并可以大幅度减少试验量，节约试验时间．文中还给出了一个推荐的修正系数值，即0．713～0．757．

基层模量对沥青路面力学性能的影响分析

沥青路面的基层材料种类繁多,模量变化范围很大,而基层模量对路面结构力学有重要的影响。选取3种典型的路面结构,选用4种实测轮胎接地荷载,建立三维有限元路面结构模型,分析基层模量变化时的力学响应。结果显示,基层模量的增加对路面使用寿命有2种不同的影响趋势,一方面可以减少沥青层层底弯拉应变,从而增加沥青路面的疲劳寿命;另一方面,表面层最大剪应力呈明显的增大趋势,容易产生路表面局部早期损坏。在此基础上,给出基层模量的合理范围建议值。最后,提出增加一个抗剪指标以控制基层的模量。

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.

低温下沥青混凝土的拉伸变形特性

将数字图像测量系统替代传统的位移传感器采集系统应用于间接拉伸试验,得到沥青混凝土细观结构上的位移场分布和破坏形态。分析了粗骨料和细骨料结构沥青混凝土的低温抗裂性能,并研究了不同状态下材料的轴向、径向和体积应变特性以及泊松比的变化。数据分析表明:材料的弹性压缩和剪切膨胀与荷载作用历史紧密相连,反映了材料的结构性变形过程;沥青混凝土的低温开裂更多地依靠粒料与沥青结合料的界面黏聚力,良好的骨架结构是材料抵抗拉伸变形的前提。

不同试验方法的沥青混合料强度特性

为了研究沥青混合料弯曲试验、直接拉伸试验和劈裂试验的拉应变破坏原因,采用不同试验方法对沥青混合料强度特性进行研究,得到沥青混合料强度、破坏应变和临界应变能密度参数随加载速度的变化规律。研究结果表明:沥青混合料强度和临界应变能密度随加载速度的增大而增大;以极限承载能力作为破坏准则,导致在强度参数取值时存在随意性问题,影响路面结构设计的科学性;拉应变是导致沥青混合料发生破坏的主因;以主拉应变作为破坏准则,可以通过加载速度统一不同试验方法的各个力学参数,解决沥青混合料强度的不确定性问题和破坏原因不明的问题。

间接拉伸试验条件下沥青混合料的疲劳行为

采用间接拉伸试验方法(IDT)分别在10,20,30℃温度条件下对AC-13,AC-20,AC-25 3种典型沥青混合料进行应力控制模式下疲劳试验,分析了温度对材料疲劳性能、疲劳特征参数的影响;提出以计算横向应变建立应变疲劳方程,并采用应变-温度-作用次数三维疲劳曲面公式对材料疲劳性能进行预估。研究表明:双对数坐标下应力与疲劳寿命存在良好的线性关系,随着温度升高,同一应力水平下3种沥青混合料的疲劳强度、疲劳寿命对应力水平的敏感性均减小;3种温度条件下建立的统一拟合应变疲劳曲线有很好的相关性,能消除温度对疲劳寿命的影响;应变疲劳曲面方程能为沥青混凝土疲劳寿命的预估提供很好的依据。

倒装结构沥青路面面层层底拉应变分析

沥青路面面层层底拉应变是控制面层材料疲劳损坏的重要指标,应用B ISAR3.0(B itum en Stress A-nalysis in Road)程序对倒装结构沥青路面面层层底拉应变进行分析,明确了面层层底拉应变与面层厚度、级配碎石过渡层厚度及级配碎石模量的关系。

沥青路面结构层弯拉应力与应变的近似计算

研究了各种条件下沥青路面结构弯拉应力和应变规律,引入曲面系数修正竖向压应力和剪应力的影响,引入面层弯曲中性轴下移量参数修正层间光滑与连续之间的差异,引入面层与基层弯矩分配系数反映面层、基层弯曲曲率不同的影响;对于模量不均匀面层,提出了弯曲刚度等效原则换算式;最后,讨论了各种条件下的沥青面层层底弯拉应变、半刚性或刚性基层层底弯拉应力的计算精度,其误差均不超过5%.

沥青混合料低温抗裂性能及影响因素评价

为了评价沥青混合料的低温抗裂性能,选择3种沥青和3种级配,两两组合形成9种沥青混合料,采用低温线收缩系数试验和低温弯曲试验分别评价其抗收缩开裂能力和抗弯拉开裂能力。对试验结果进行双因素方差分析,结果显示,沥青和级配对低温线收缩系数均没有显著影响,温缩裂缝主要受外界温度等因素影响;沥青和级配对低温弯拉应变有显著影响,不同沥青和级配组成混合料的抗弯拉开裂能力由弱至强分别依次为:70-A基质沥青、90-A基质沥青、SBS改性沥青和SMA-13、AC-16、AC-13。

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

实际道路中层间接触状态非常复杂,层间接触状态对路面的使用性能有直接影响;并且轮胎与路面的接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布,路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。基于此,采用三维有限元方法,分析在实测轮胎荷载作用下,完全连续、基、面层间光滑两种层间接触状态时,柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明,层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显增大,相应路面车辙和开裂的机率大大增加,因此必须高度重视层间处理工艺。

冻融循环对橡胶沥青混合料性能影响试验研究

为了探究多次冻融条件下,橡胶沥青混合料性能指标的变化是否呈现规律性,根据以往的研究成果,选取合适的冻融方法和混合料配合比,通过试验研究了冻融循环对橡胶沥青混合料性能的影响规律。结果表明：橡胶沥青混合料的性能受冻融循环及冻融循环次数的影响较为明显,变化幅度较大。随着冻融循环次数增加,混合料的劈裂强度、劲度模量指标呈现出明显的减小趋势,而拉伸应变指标呈现出明显的增大趋势;以抗冻性为主的沥青混合料的配合比不宜选用低油石比、大空隙率的橡胶沥青混合料,混合料的空隙率在3.5%~5.0%范围抗冻融性能最优。

沥青层底面拉应变的预估及工程应用

现行沥青路面设计规范中沥青层底拉应力是设计指标值之一,但在现场沥青层底拉应力却无法检测.沥青路面弯沉盆的理论研究和分析表明,沥青层底拉应变与不同位置的弯沉之间存在着一定关系.因此,在现场测得路面不同位置的弯沉,即可计算得到沥青层底拉应变.根据沥青层底拉应变可评估沥青层的使用寿命.实例说明该方法简便可行.

长寿命路面沥青层内应变曲线驼峰现象分析

基于陕蒙高速长寿命路面结构组合形式,借助弹性层状体系理论分析沥青层内水平拉应变的变化规律,提出消除或缓和沥青层内水平拉应变曲线驼峰现象的措施.结果表明:当沥青联结层与沥青基层的模量比≥1.5时,沥青层内应变曲线驼峰出现,并且随模量比的增大,驼峰现象加剧.高模量层的存在是沥青层内驼峰现象出现的根本原因.只有当沥青联结层与沥青基层的模量比较接近时,沥青层内应变曲线的驼峰现象才有明显改善.分析结果为长寿命路面结构设计提供了理论基础.

沥青稳定基层模量对路面结构受力的影响

为优化路面结构,针对不同的沥青稳定基层模量以及不同的结构层厚度等的路面结构组合,应用理论方法对沥青路面结构进行计算,分析了不同因素对沥青稳定基层的层底拉应变、土基顶压应变、表面剪应力等的影响,结果表明:增加基层模量有利于降低基层底和土基顶的应变,较厚的沥青稳定碎石基层并不会增加车辙的危险性,增加底基层厚度能降低基层层底拉应变和表面弯沉,增加土基模量能减小表面弯沉。结果为柔性基层路面的设计、施工提供参考依据。

基于应变等效的柔性基层沥青路面轴载换算方法研究

根据国内外研究成果,选用路基顶面压应变和沥青层底弯拉应变作为柔性基层沥青路面设计指标。利用APBI程序,计算了不同柔性基层沥青路面在不同胎压、不同轴重作用下的路基顶面压应变和沥青层底弯拉应变。根据轴载换算等效原则,分别计算了基于路基顶面压应变和沥青层底弯拉应变的不同柔性基层沥青路面在轴重、胎压不同工况组合下的轴载换算指数。研究结果表明:与以沥青层底弯拉应变为设计指标相比,基于路基顶面压应变的轴载换算方法受结构组合、轴重和胎压的影响较小,更适宜用于柔性基层沥青路面的轴栽换算。

具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面设计方法的研究

级配碎石材料在荷载作用下存在一定的塑性变形,这种塑性变形在实际道路上表现为在车辆荷载作用下的路表车辙,本文在吉林通化试验路提出的具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面结构半刚性基层的合理厚度范围的基础上,通过弹塑性有限元的计算,提出采用路表车辙(塑性变形)和沥青下面层层底拉应变控制级配碎石层的厚度来进行具有柔性基层(级配碎石)的半刚性沥青路面结构的设计方法。