移动非均布荷载下沥青路面结构设计探讨

为检验现行规范中沥青路面结构设计指标的适用性并确定路面结构厚度的合理范围,应用ABAQUS有限元软件构建起典型及非典型沥青路面结构力学分析模型,并进行了路面结构设计指标的分析;在比较静态双圆均布荷载和移动非均布荷载作用下沥青路面使用寿命的基础上,提出了各种沥青路面结构设计指标;最后,对半刚性基层路面厚度取值进行了分析,相关结论可作为不同类型沥青路面结构设计的依据。

三向非均布移动荷载作用下沥青路面动力响应分析

传统的路面力学分析中将车辆荷载假定为双圆均布静态荷载,无法模拟轮胎-路面交互作用过程中车辆荷载的非均布移动特性。首先,考虑非均布移动荷载幅值的非线性时程变化和非均匀空间分布以及作用位置的变化,基于车辆轴载实测结果的等效换算,建立三向非均布移动荷载的数字模型;而后,基于室内路面材料动态模量试验结果,建立非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型。并基于光纤光栅传感器现场实测结果,验证数值模拟分析的合理性;最后,给出沥青路面非均布移动荷载作用下动力响应的空间分布和时程变化规律。结果表明,传统的静力分析无法反映路面结构响应的波动性以及正、负交变特性;沥青面层内部横向应变为拉、压应变并存;中面层出现剪应力与剪应变集中现象,路面力学分析中应考虑荷载的非均布移动特性。

温度场及非均布移动荷载作用下沥青路面力学响应分析

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度-荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.

非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析

基于实测非均布车辆荷载移动特性,采用Witczak黏弹性模型动态剪切模量,建立了非均布移动荷载作用下沥青路面结构瞬态动力分析的三维有限层模型,通过3D-MOVE Analysis软件分析不同路面温度、不同车辆行驶速度下沥青路面动力响应的时程变化和横向分布规律,并与均布移动荷载的计算结果进行比较。结果表明:路面结构层动力响应具有交变特性;基层与土基应变恢复具有滞后现象;面层顶面出现应力应变集中现象;在双轮加载区域内路面动力响应横向分布具有非对称性,各动力响应峰值出现在不同横向位置上;与均布移动荷载比较,非均布移动荷载作用下的动力响应沿横向变化较小;随着车辆行驶速度的增加,面层底部动力响应先减小后增大,有一个峰值点,临界速度约为48 km/h;当路面温度由-10℃升高至50℃时,面层底部纵向、横向应变突变幅度分布分别增加了2.75,1.53倍,面层底部剪应力显著增加,且高温下面层底部剪应力容易出现应力集中现象。

沥青路面结构设计指标优化及合理厚度探究

随着我国交通领域的高速发展,多种沥青路面结构形式被提出并应用。现有的路面结构设计指标是针对典型路面结构所提出的,对非典型路面结构的适用性有待验证。为验证非典型沥青路面结构设计指标的适用性,明确典型路面结构的合理厚度范围,完善沥青路面结构设计方法,首先,建立了移动非均布荷载下典型与非典型沥青路面结构模型,依据力学响应规律,分析了路面结构设计指标。其次,对比了移动非均布荷载与静态双圆均布荷载作用下的路面使用寿命,并给出了每种路面结构的设计指标。最后,改变路面各结构层厚度,根据计算得到路面使用寿命,确定了半刚性基层路面的合理厚度范围。结果表明:静态双圆均布荷载下路面使用寿命计算值为移动非均布荷载下的0.7~0.9倍,在路面力学分析中应考虑荷载的非均布移动特性;对于半刚性基层路面、柔性基层路面、长寿命路面、倒装结构路面以及抗车辙路面,路基顶面竖向压应变可不作为设计指标考虑;路面类型对设计指标的适用性影响较大,设计指标应依据路面类型选取;对于半刚性基层路面,基层厚度小于250 mm时,路面使用寿命随沥青面层厚度的增加先增大后减小,控制指标由无机结合料层层底拉应力变为沥青混合料层永久变形量;面层厚度大于200 mm时,路面使用寿命控制指标为沥青混合料层永久变形量,增加面层厚度会降低路面使用寿命。

考虑横观各向同性特性的沥青路面动力学分析

考虑到沥青混合料、粒状类基层和土质路基等材料各向异性特性对沥青路面动力学的影响,基于对各国研究现状的综合分析,采用有限元数值分析方法,在弹性假设下引入横观各向同性系数,建立沥青路面三维有限元模型;采用ABAQUS进行DLOAD子程序二次开发,实现非均布竖向移动荷载的数值模拟;并给出移动荷载作用形式、边界条件和材料参数;而后对比分析了移动荷载作用下各向同性和不同横观各向同性特性条件下三向应变场的差异。结果表明:当考虑横观各向同性特性时,目前采用的设计标准偏于危险,基于各向同性特性的路面设计低估了与永久变形和疲劳裂缝相关的应变。