考虑层间状态的沥青路面温度与荷载耦合行为分析

沥青路面是典型的层状体系,层间黏结状态的好差直接影响到路面的使用性能。采用三维非线性有限元软件ABAOUS,同时考虑沥青混合料的劲度模量随温度变化的特性,数值模拟计算了沥青路面在不同温度场状况下分别与水平及竖向荷载耦合作用的关键力学响应,分析各响应指标随层间接触状态变化的特性。研究结果表明:由于接触模型作用机理的不同,其关键力学指标响应要比连续模型下的大;除路表竖向变形大小几乎与层间接触状态无关外,其他指标在低温状况下,层间接触条件变化对其影响较小,而在高温状况下,特别当层间接触摩擦系数μ<0.6时影响很大,尤其对基层、底基层的最大拉应力及面层的最大剪应力影响显著。研究成果为科学解释沥青路面在不同环境温度与车辆荷载综合作用下的破损特征与行为机理提供了有力依据,为改善层间黏结条件有利于提高路面整体性能提供了理论支撑。

基层层间状态对沥青路面荷载应力与疲劳性能的影响

基层间接触不良是导致半刚性基层路面早期损坏的重要原因之一。为分析半刚性基层间粘结状态对沥青路面疲劳性能的影响,从弹性层状体系理论出发,利用BISAR3.0程序中剪切弹性柔量AK表征双层半刚性基层的层间粘结状态,分析沥青路面弯沉、层底拉应力和剪应力随AK的变化规律;研究半刚性基层层间粘结状态对路面结构疲劳性能的影响。结果表明:不良的基层间接触状态会使接触状态迅速恶化,并降低基层的疲劳寿命。水稳基层间状态良好时,上面层不会首先疲劳开裂,而疲劳破坏会从下基层向上发展传递;但是水稳基层间状态很差时,疲劳破坏首先发生在上基层。与基层层间完全光滑状态相比,完全连续状态下上基层底最大拉应力增大5.7倍,上基层底最大剪应力增幅最大为31%。

考虑层间状态的沥青面层动应变疲劳数值分析

为确定沥青层疲劳寿命与层间接触状态、温度和轴载荷等因素之间的关系,运用ABAQUS有限元软件,建立了考虑层间状态的沥青路面结构数值计算模型,分析了这些因素对沥青层底动应变的影响规律;通过引入常用的沥青路面疲劳寿命模型,构建了适用于半刚性沥青路面的沥青层或超薄路面的沥青层在多因素作用下的疲劳方程一般表达式,确立了沥青层疲劳寿命与各影响因素间的作用关系及其最不利点位.研究结果表明:层间结合系数、温度、轴载荷均对沥青面层疲劳寿命具有明显影响,且分析点位不同,影响程度不同;加强层间粘结能显著提高沥青面层疲劳寿命,在最不利分析点位处,当层间结合系数由0.5增大到0.7时,疲劳寿命提高13.6倍.

层间状态对水泥稳定碎石基层路用性能影响的试验研究

受铺筑厚度的制约,水泥稳定碎石基层实际中多采用分层施工,形成层间非连续状态,降低了基层作为一个整体结构层的承载能力,这对基层受力是不利的。层间连接状态影响水泥稳定碎石基层的强度及回弹模量指标。三种不同层间状态的无侧限抗压强度由高到低:完全连续状态>半连续状态层间有连接>光滑状态。对于水泥含量5%的试件,完全连续状态试件的抗折强度比半连续状态高51.2%,比光滑状态高73.5%。90d龄期时,层间连续试件的回弹模量比层间半连续状态高11.3%,比层间光滑状态试件高13.5%。

层间状态对沥青路面力学性能与疲劳寿命影响研究

层间结合状态是影响沥青路面力学性能与使用性能的重要因素。鉴于目前我国沥青路面设计规范中层间完全连续且不产生相对滑移假定的缺陷,采用BISAR3.0软件中的简化剪切弹性柔量ALK来描述层间结合状态,并以水平荷载和竖向荷载共同作用作为加载方式,得到相应的沥青路面力学响应,同时对沥青路面疲劳寿命进行预估。结果表明:层间结合状态的退化对沥青层底弯拉应力、弯拉应变与剪应力影响较大,而对路表弯沉影响较小;层间结合的弱化对沥青路面疲劳寿命影响显著。

基于EverStressFE层间状态的匝道沥青路面结构三维有限元分析

采用专业沥青路面三维有限元分析程序EverStressFE,对典型匝道沥青路面结构在不同层间粘结状态下进行力学响应计算。结果表明沥青层间水平和竖向应变、路表弯沉及沥青层疲劳寿命受层间粘结状态变化最为敏感,无机结合料层受层间粘结影响相对较小。

基于EverStressFE层间状态的匝道沥青路面结构三维有限元分析

采用专业沥青路面三维有限元分析程序Ever Stress FE,对典型匝道沥青路面结构在不同层间粘结状态下进行力学响应计算。结果表明,沥青层间水平和竖向应变、路表弯沉及沥青层疲劳寿命受层间粘结状态变化最为敏感,无机结合料层受层间粘结影响相对较小。

不同层间状态下温缩型反射裂缝应力强度因子分析

采用库伦摩擦模型表征了半刚性沥青混凝土路面层间结合状态,基于线弹性断裂力学,把路面简化为平面应变模型,分析了2种裂尖位置下温缩型反射裂缝与降温速率、基准温度以及层间结合状态的关系。以温度应力场为初始应力场,探讨了冲击载荷作用下不同层间状态及阻尼对应力强度因子的影响。

基面层间接触状态对沥青路面车辙影响的室内试验分析

车辙是沥青路面主要的破坏形式之一,针对沥青路面车辙影响因素,通过在基面层间设置不同阻隔面积的方式模拟不同层间接触状态,进行室内车辙试验,分析了基面层间接触状态变化对沥青路面车辙的影响。研究结果表明:随着层间阻隔面积的增大,车辙深度和车辙发展速率逐渐增大,动稳定度呈非线性减小趋势;层间完全阻隔情况下的车辙深度较未设阻隔情况增大了77%,动稳定度减小了65%,层间完全阻隔情况下的车辙发展速率是未设阻隔情况的2.36倍,层间接触对沥青路面抗车辙能力有较大影响。因此,在沥青路面设计和施工过程中,层间接触状态不容忽视,保证层间良好的接触会提高沥青路面抗车辙能力,延缓车辙病害的发展,从而提高道路使用寿命。

基于谱元法考虑层间接触状态的Rayleigh波频散特征正演计算

为了提升Rayleigh波应用于成层土基勘探的精细化水平,本文基于谱元法原理,通过Goodman模型和Matsui层间滑移系数建立了可考虑层间不同接触状态的Rayleigh波理论频散方程。针对典型土基成层结构,运用谱元法和快速矢量传递解析法对比计算了层间完全连续状态下土基的Rayleigh波多阶模态频散曲线,结果显示谱元法计算结果与解析法相应结果之间的平均相对误差在0.3%以下,具有较高的计算精度。在此基础上,通过改变层间接触状态和敏感性分析,揭示了层间接触状态对Rayleigh波基阶频散特征的影响。最后,结合速度-应力有限差分数值计算,验证了谱元法计算层间不同接触状态下R波频散特征的可靠性。

层间状态对沥青路面疲劳开裂与位移的影响

为了分析沥青路面层间脱开、滑移和疲劳开裂病害的成因,基于弹性层状体系理论,利用BISAR程序和ABAQUS有限元分析软件,分别通过减缩弹簧柔量ALK、Pell疲劳模型表征层间结合状态和路面疲劳性能,研究了有无水平力作用时ALK对沥青路面疲劳寿命、路表位移和层间位移的影响。结果表明:沥青路面疲劳寿命由层间连续转变为非连续时迅速下降,层间光滑状态下的疲劳寿命仅为连续时的1%;有水平力作用时,层间结合状态(连续、半结合、光滑)对路表水平位移影响显著;无论有无水平力作用,层间结合对磨耗层层底的弯拉应变分布有重要影响,且水平力会使路面结构层内的弯拉应力分布的深度增加;水平荷载作用和层间接触不良是自上而下型裂缝(TDC)产生的主要原因之一。

层间状态对厚层水稳基层使用性能影响研究

针对半刚性基层使用性能及寿命欠佳的现状,进行整体大厚度水稳碎石基层层间状态对路用性能的影响研究。在室内设计从完全连续到光滑四种典型基层层间状态,进行水稳碎石基层路用性能测试及分析,综合路用性能加权分析结果表明:基层层间不利状态的普遍存在降低了结构层使用性能。此外,ANSYS软件模拟计算结果表明,加大上基层铺筑厚度使层间位置的下移可明显降低层底弯拉应力,提高基层使用寿命。

不同层间接触状态的半刚性基层抗裂性能研究

同种材料铺筑而成的半刚性基层具有良好路用性能,但仍会产生路面反射裂缝.通过对不同层间接触状态(上、下层间隔时间分别为0,7d和30d)的半刚性基层进行了抗裂性能研究分析,结果显示:层间接触状态连续的半刚性基层具有最佳抗裂性能,且随着层间接触状态条件下降,其抗裂性能越差.

弹性地基上双层板板间结合状态的影响

根据克希霍夫薄板理论,分析了轴对称垂直荷载作用下弹性地基上双层板板间结合状态及中性面位置对板受力状态的影响。研究结果表明:结合式双层板的中性面位置对其受力特性有重要影响;双层板的板间结合状态由完全光滑变为完全连续时,板的抗变形能力增强;结合式双层板的板弯刚度较分离式双层板的板弯刚度要大,当结合式双层板的中性面位于两板的接触面上时,其板弯刚度达到最大,可为水泥混凝土路面设计提供一些理论参考。

路面结构层间结合状态的研究

我国现行的柔性路面结构设计方法是以多层弹性体理论解为基础,其层间假设为两种极端情况:完全连续和完全光滑。本文引用古德曼(Goodman)层间结合力学模型来描述多层柔性路面结构层间的半结合状态,并基于这种力学模型给出了求解半结合N层弹性体应力、位移理论解的边界条件。文中计算分析了层间粘结系数K对路面结构受力状态的影响,提出了抗剪强度和粘结系数的实验室实测结果;分析了各种因素对粘结系数的影响,提出了可用于柔性路面结构设计的粘结系数取值方法。

沥青路面基-面层间结合状态对路面应力响应的影响分析

为研究基层与面层间结合状态的失效对沥青路面内部结构应力响应和路面结构使用寿命产生的不利影响,采用BISAR3.0计算软件对不同基-面层间结合状态下沥青路面基-面层间的正应力、剪应力和相对位移突变进行分析。结果表明,基-面层间结合状态的缺失将直接导致层底拉应力和基-面间最大剪应力的大幅突变,且极有可能引起层间相对累积滑移;基-面层间不同计算点位处应力突变对层间接触状态的敏感程度有所差异,其中越靠近车轮作用中心位置,层间结合状态对应力突变的影响越大;层间滑移随着粘结作用的不断失效而增长,且其失效程度越高,相应其滑移累积越快,当层间结合状态简化柔量系数ALK>18时,基-面层间相对位移出现迅速增长。

半刚性基层沥青路面层间界面力学特性与黏结状态的试验研究

为了评价不同层间处理工艺的层间黏结效果及定量地评价重复荷载作用下的层间黏结状态,对试件做层间拉毛和洒布透层油处理,并与层间不做处理的试件进行对比.通过恒高度重复剪切试验分析了不同处理工艺、不同荷载作用次数下的层间界面力学响应规律,并采用层间黏结系数Ks作为层间黏结性能的评价指标.试验结果表明,相同荷载作用次数下,层间拉毛处理试件的层间剪应力和层间相对位移最小,剪切回弹模量最大,疲劳寿命为584次,层间黏结效果最好,但仍然处于半连续与半滑动状态;另外,对层间完全连续状态下的重复剪切试验进行了有限元模拟,得出了层间拉毛、洒布透层油、不做处理试件的层间黏结百分率分别为71.5%,54%,45%.

层间接触状态对桥面铺装结构力学响应的影响

针对桥面铺装混凝土调平层和沥青铺装层层间接触状态复杂的问题,运用ANSYS有限元分析软件,建立了更符合实际的后轴双轮组轮胎模型,以目前我国常用的空心板梁桥为研究对象,分析了摩擦、完全黏结、绑定和完全粗糙等多种接触状态下铺装结构的应力响应.计算结果表明:车辆荷载并不是均布荷载,其压力峰值随胎压和轴重的变化而变化;混凝土调平层与沥青铺装层间的接触状态对铺装结构受力影响显著;4种接触状态中,黏结接触状态下的铺装结构受力最优,当层间黏结不足时,层间接触更接近假设的"绑定"接触状态.

沥青路面层间结合状态试验与评价方法研究

近年来沥青路面的层间结合问题越来越受到人们的关注,目前我国现行的沥青路面设计规范中假定路面结构层间为完全连续的接触状态这与实际是不相符的,因此,以此为切入点在已有研究的基础上结合试验验证应用层间粘结系数来表征路面层间结合状态的改变,并充分论证其可行性.此外针对现今路面典型结构,建立不同试验组合对层间粘结系数值进行测定,并根据试验结果结合理论分析为现行规范半刚性基层沥青路面按层间完全连续验算设计指标时提出了修正范围.

基—面层间粘结状态对沥青路面车辙的影响

通过有限元软件模拟基-面层间局部不同粘结状态的沥青路面结构,计算分析了路面处于弹性阶段时荷载作用下的力学响应,结果表明:在车辆荷载作用下,由于基-面层间出现局部完全滑动,路面各面层底最大主拉应变都有增大,最大剪应变以表、中面层底变化明显,竖向压应变以越靠近粘结状态变化区越大;车轮制动,竖向荷载与水平荷载的联合作用加大了路面结构的变形。在此基础上,进行了室内车辙试验,较好地验证了,由于结构层间局部粘结失效,会导致沥青路面出现车辙。