国外同类项目对中国足尺路面试验环道建设的借鉴作用

足尺路面加速加载试验是国际上先进的一种试验研究手段。面对中国公路建设、养护和管理并重的发展形势,为了适应大交通量和重载交通时代的来临,采用足尺路面加速加载试验方法是提高对沥青路面变化规律的认识,加强对新材料、新工艺的适用性验证和评价,提高中国公路路面耐久性的一个关键技术手段。足尺环道建设在中国公路技术研究史上具有里程碑式的意义,环道建设必须具备实用性、前瞻性、科学性和开放性的特点。在充分征求全国各省区市意见的基础上,借鉴全球已建成环道的建设经验是十分必要的。

基于足尺试验环道的沥青路面有限元模型

有限元技术的发展使得精细化路面结构仿真计算成为可能,但通过软件建立符合实际的有限元模型尤为重要.基于此,依托交通运输部公路科学研究院正在开展的足尺环道试验,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立环道上3种典型沥青路面结构的有限元模型,研究模型尺寸、边界条件、荷载形式、网格划分等参数对路面力学响应结果的影响,通过与BISAR软件得到的解析解进行对比,确定合理的有限元建模方法和参数,为后续的沥青路面结构有限元分析提供建模依据.

足尺试验环道路面摆值变化趋势预测

路面抗滑性能是路面使用性能的重要指标之一,是行车安全性的重要保障.依托RIOHTrack足尺试验环道的检测数据,选用足尺试验环道STR2、STR4、STR9和STR164种结构的357组路面抗滑性能检测数据,采用路面温度、累计标准轴载作用次数和路面磨耗次数3个主要影响因素作为自变量,路面摆值(BPN)指标作为因变量,选用300组检测数据作为训练样本,其余57组数据作为验证样本,构建了BPN的显示化和隐式化预测模型.基于温度对沥青路面抗滑性能具备一定影响范围的假定,构建了路面摆值的显示化预测模型,其模型的相关系数(R^(2))为0.625,模型预测平均相对误差为10.227%.同时,采用不同的隐含层神经元和训练函数,构建了BP神经网络预测模型(隐式化预测模型),模型的BPN预测值和真实值基本吻合,变化趋势一致,平均相对误差为4.484%.研究提高了路面抗滑性能指标预测的有效性和准确性,不同预测模型具备不同的应用前景,为路面抗滑性能的预测分析提供了参考和依据.

RIOHTRACK足尺路面试验环道2017年试验研究概况

为了采集、分析、研究非线性道路结构与材料全寿命服役周期条件下的多元使用性能的演化规律,验证、完善我国道路结构与材料的设计方法,2017年RIOHTRACK环道开始了试加载试验,共运行里程约46万km。加载期间对环道25种沥青路面结构的裂缝进行了人工观测;对不同荷载水平下,19个不同刚度水平的环道路面结构弯沉和弯沉盆进行了定期检测和数据采集,并分析了其变化规律;对不同荷载水平下,19个不同刚度水平的环道路面结构应力/应变响应数据进行了采集,并分析了其变化规律;对环道的25种沥青路面结构在不同周期的车辙、平整度及抗滑性能等使用性能指标进行定期检测和数据采集,并分析了其变化规律;同时,对不同性能指标之间的关联性进行了初步分析和探讨。通过以上各种使用性能数据的采集、分析和对比,目前初步结论有:(1)环境温度的变化对路面服役性能的影响是不可忽略的;(2)经过2017年的加载试验,RIOHTRACK环道的25种沥青路面结构,特别是19种主要试验结构,在裂缝、弯沉、车辙、平整度等服役性能方面表现出一些初期的变化规律。通过初步的总结和分析,得到一些有益的认知,为今后通过环道试验进一步验证和完善沥青路面多元化的服役性能的设计模型和参数奠定了基础。

足尺路面试验环道路面结构与材料设计

介绍了我国第1条足尺路面试验环道(RIOHTRACK)的技术定位、路面结构与材料设计方案及试验平台的车辆加载、数据采集等系统的构成。RIOHTRACK足尺路面试验环道的直线和缓直曲线段共设计了19种路面结构,这些路面结构形式涵盖了国内外工程应用案例,其中包括了柔性、半刚性和刚性基层结构,以及不同的沥青结构层和材料组合模式。根据设计理念和评价目标将19种路面进行了分类,并分别论述了各结构设计标准、验证目标、结构特征、材料技术要求等内容。利用总重达100 t的多轴加载车,以加速加载方式对上述典型路面结构进行了全天候加载,对使用性能进行了系统的量化比较。结果将用于研究轴载换算方法、路面损伤预估模型、结构与材料优化设计方法以及养护技术标准等。

足尺加速加载试验环道路面初步设计方案研究

文章针对中国现在阶段高速公路沥青路面建设养护中存在的问题和路面技术发展的需求,对不同省区的沥青路面现状和关注问题的调研和分析,通过充分征求全国各省区市的意见,掌握目前业内对高速公路路面设计的关注点以及对高速公路路面试验研究应解决的问题,从而确定足尺路面加速加载环道的试验内容,使环道路面试验能满足路面科学研究及全国交通建设需要,提高环道路面试验的科学合理性。

宽温度域内沥青路面结构响应规律分析

为研究较宽温度范围内的沥青路面结构实际响应行为,基于RIOHTrack足尺路面试验环道,以落锤式弯沉仪(FWD)作为试验荷载,选择半刚性基层沥青路面和全厚式沥青路面作为研究对象,对两种路面结构2017年全年的服役温度和结构响应进行同步跟踪观测,得到了宽温度域内沥青路面结构响应基本规律,建立了温度与弯沉、温度与应变、温度与应力之间的关系模型,分析了结构内部应变、应力沿深度方向的分布特征.结果表明:温度对弯沉、应变和应力响应具有显著影响,随着季节变化,宽温度域内的沥青路面结构响应数值会出现以年为周期的循环交替变化,冬季时结构响应数值小、夏季时结构响应数值大;可采用指数函数模型描述温度与结构响应参数的相关关系,决定系数R^2可达到0.95以上,相关性好;宽温度域内,温度变化除引起结构内部应变或应力数值的单调增减以外,还会改变应变方向.在路面结构计算中,宜选择最不利季节时的温度验算沥青混凝土层的受力状态,以保证结构安全性.

基于因子分析方法的沥青路面车辙影响因素及预估模型

为了明确沥青路面各影响因素对于车辙的重要程度和预估模型指标的筛选方法,基于因子分析方法对RIOHTrack足尺环道实测数据进行了研究.以环道标准试验路面结构为例,通过统计分析明确了4个方面的车辙影响因素,进而基于因子分析方法研究了各影响因素之间的公共影响因子.结果表明,合成的公因子能够很好地表征标准轴载累积作用次数、环境温度和中心点弯沉,而不能很好地表征环境湿度,说明除了环境湿度外其他3个影响因素能够对车辙产生重要影响.此外,基于筛选指标建立了经验法车辙预估模型,该模型对于车辙预估具有较高的准确性.这说明因子分析方法是一种有效的指标筛选方法,为其他地区车辙预估模型指标筛选提供了借鉴,对于车辙病害的预估和防治具有重要意义.

不同基层类型水泥混凝土路面温度应力的差异

为了研究不同基层类型水泥混凝土路面的温度效应,基于北京足尺环道对半刚性基层与柔性基层水泥混凝土路面的温度场、温度应变及温度应力的变化规律进行了对比分析。结果表明:柔性基层水泥混凝土路面的温度和温度梯度均比半刚性基层水泥混凝土路面高,且半刚性基层水泥混凝土路面受温度影响较小,所以使用半刚性基层作为水泥混凝土路面基层可以减小水泥混凝土板内的温度波动;水泥混凝土路面的基层类型不同,水泥混凝土板不同位置处的温度应变不同,滞回圈的分布与开闭状态也不同;虽然半刚性基层水泥混凝土路面会略微增大板中心处的温度应变,但可以大大减小板纵缝边缘中部处的温度应变,所以使用半刚性基层作为水泥混凝土路面基层能有效降低水泥混凝土板内温度应变;虽然半刚性基层水泥混凝土路面板中心处的平均温度应力增量略大,但其板纵缝边缘中部处的平均应力增量较小,且半刚性基层水泥混凝土路面的温度应力值及温度应力随时间的波动均较小,同时两种基层水泥混凝土路面在板中心和板纵缝边缘中部处的最大温度应力值分别出现在水泥混凝土路面板顶和板中,所以使用半刚性基层作为水泥混凝土路面基层有利于减小水泥混凝土板内温度应力。综上所述,与柔性基层水泥混凝土路面相比,半刚性基层水泥混凝土路面受温度场、温度应变及温度应力的影响较小。

静、动抗压回弹模量的试验研究

为研究沥青混合料组成设计及静、动态试验方法等对回弹模量的影响规律,进一步完善沥青混合料设计参数,利用MTS-810进行单轴无侧限、顶面法的静、动抗压回弹模量及强度的室内试验。结果表明:沥青混合料强度与模量并无直接关系;混合料级配和沥青品质都会影响回弹模量取值,且相对而言沥青品质的影响较显著。通过研究试验过程中静、动载下材料的变形演化规律,结合开尔文力学模型及沥青混合料黏弹理论分析论证了静、动模量的局限性,表明混合料的黏滞性是影响静、动模量取值的重要因素,并导致所得模量偏小。最后,对静、动模量的线性关系进行研究并得到不同公称最大粒径混合料的静动模量转换方程,较现有方程更为准确。