Dynamic response of concrete pavement structure with asphalt isolating layer under moving loads

A three-dimensional finite element model （3D FEM） is built using ABAQUS to analyze the dynamic response of a concrete pavement structure with an asphalt isolating layer under moving loads. The 3D model is prepared and validated in the state of no asphalt isolating layer. Stress and deflection at the critical load position are calculated by changing thickness, modulus of isolating layer and the combination between the isolating layer and concrete slab. Analysis result shows that the stress and deflection of the concrete slab increase with the increase of thickness. The stress and deflection of the concrete slab decrease with the increase of combination between the isolating layer and concrete slab. The influence of changing the isolating layer modulus to the stress and deflection of the concrete slab is not significant. From the results, asphalt isolating layer design is suggested in concrete pavement.

德国产Duroflex~新型沥青混凝土添加剂在我国公路路面上的应用

通过高强度沥青添加剂DuroflexR改性后的沥青混合料,具有抗高温车辙、低温抗裂、防止水害以及耐久性等方面的优势,远远超过聚合物改性沥青和SMA结构的路面性能,而工程总造价却远远低于同类产品的30%以上,可广泛用于高等级公路、重交通道路等的新建、大修以及养护等路面工程。

旧水泥混凝土路面沥青铺装层反射裂缝疲劳断裂分析

针对旧水泥混凝土路面沥青铺装层容易产生反射裂缝的特点,采用断裂力学理论,建立了5层体系平面应变模型,对各种荷载作用下不同层间结合状态和路面结构参数的应力强度因子进行了计算分析,并对常用防止反射裂缝措施进行了效果比较。结果表明:层间粘结状态对裂缝扩展的影响较大,土工格栅的防止反射裂缝效果相对较好。

沥青缓冲隔离层老化后水泥混凝土路面受力分析

利用ABAQUS软件进行静力分析,不仅可以进行线性分析,也可以进行非线性分析。文章根据设置沥青缓冲隔离层水泥混凝土路面的受力情况,运用ABAQUS分析了设置沥青缓冲隔离层的水泥混凝土路面结构,以及沥青缓冲隔离层老化后的结构应力及位移分布图,以供参考。

沥青联结层参数对水泥路面变形量的影响研究

水泥混凝土路面与基层之间受力不协调容易导致路面断板等病害,通过在面板和基层之间增设柔性沥青联结层可有效改善路面受力状态,减少基层冲刷。通过有限元方法分析了荷载作用位置、联结层厚度、联结层模量、超载等对路面变形的影响,结果表明荷载作用位置、沥青联结层模量和厚度对面板自身变形量无太大影响,但对联接层、基层和底基层的影响明显,为沥青联结层的设置提供了理论依据。

基于抗剪性能的混凝土桥沥青铺装设计方法

采用三维有限元方法,对不同混凝土桥型桥面铺装在实测荷载作用下的受力状态进行系统的力学分析,确定不同桥型的临界荷位.从抗剪角度提出进行铺装结构设计时可采用的力学控制指标、桥面铺装层混合料抗剪参数标准以及桥面铺装设计流程,并给出桥面铺装结构组合设计原则或建议.基于此,从铺装层结构设计和材料设计角度提出了七种桥面铺装层结构或材料组合方案,并在申嘉湖高速公路四个混凝土桥梁上铺筑试验段.从目前观测结果看,所有方案均表现出良好的性能.

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.

考虑飞机制动力的机场沥青道面力学响应分析

针对飞机在降落制动过程中所产生的制动力对道面结构产生显著影响,并借助ABAQUS三维有限元软件,建立了柔性道面结构和半刚性道面结构有限元模型,分析在常用的民用飞机和新一代大型飞机荷载作用下,考虑水平制动力作用时对道面结构产生的力学响应.同时分析了以B777-300ER、A380-800为代表的新一代大型飞机,在考虑不同的水平制动力、土基模量、面-基层接触状况条件下时对道面力学响应的影响.计算结果表明:考虑制动力后,面层最大拉应力出现在道面表面;水平制动力超过0.5倍单轮荷载后,使得面层内部的拉应力急剧增大;层间的不良接触对半刚性道面结构影响较大,当面-基层的接触系数大于0.5后,对面层内部的最大剪应力和面层底部的拉应力影响不显著.

桥面铺装调平层与沥青面层层间剪切行为

为了改善桥面铺装层间结构病害多发的问题,采用ANSYS软件对调平层与沥青层层间结构的受力进行分析.提出层间极限剪切边界的概念,开展重要影响因素的敏感性分析,与组合结构抗剪强度变化方程建立联系.结果表明:水平力系数而非竖向荷载是层间极限剪切边界的关键影响因素;沥青上、下面层厚度对铺装结构层间剪切状态具有相似的改善效果;调平层厚度对桥面铺装层间剪切状态的影响较小;铣刨措施组合结构抗剪强度回归方程的斜率大于典型铺装结构下极限边界方程的斜率,可以保证调平层与沥青层处于剪切安全状态.层间极限剪切边界可以将铺装结构力学分析与室内试验建立直接联系,为桥面铺装层间结构设计提供参考.

二灰碎石分层特性对沥青路面结构性能的影响

高等级沥青路面二灰碎石基层的分层施工是不可避免的 .以上海市外环线工程的有关室内试验和试验路测试结果为基础 ,采用弹性层状体系理论 ,系统分析了二灰碎石上基层与下基层之间的厚度组合、模量组合以及层间结合条件等分层特性对路面结构性能的影响 .

基于层间功能层的水泥混凝土路面动态响应灰关联分析

通过动态分析有限元方法揭示了设置功能层的半刚性基层水泥混凝土路面结构在车辆动态荷载作用下各因素(面层厚度与模量、功能层厚度与模量、基层厚度与模量、地基模量以及行车速度)对力学响应的影响程度,采用灰色关联分析,对各因素的影响程度进行了定量分析,并通过回归分析得到了路面结构力学响应(面层弯沉差、面层底部拉应力、功能层顶部剪应力和基层底部拉应力)的计算公式,为设置功能层的水泥混凝土路面的结构设计和施工提供理论指导.

水泥-乳化沥青混凝土在桥面铺装结构中的力学行为

为了减少桥面铺装在运营中的各类病害,将水泥-乳化沥青混凝土应用于桥面铺装的下层,并取代防水粘结层,对其适用性进行了研究.采用有限元力学分析方法,通过变换结构层的厚度来模拟该桥面结构层的力学行为.结果表明:当增大水泥-乳化沥青结构层的厚度时,各层之间的剪应力均减小,与桥面板之间的剪应力减小幅度较为明显,该层本身所承受的压应力也随之减小,当该层的厚度增加到3 cm以上时,上下层之间的剪应力下降幅度开始减缓.通过对新型桥面铺装结构力学行为特点进行研究,表明该材料适用于中、小型混凝土桥.

水泥乳化沥青混凝土长寿命复合式路面结构研究

为减少长寿命复合式路面的沥青层厚度与反射性裂缝,将冷拌水泥-乳化沥青混凝土应用于高压应力区(联结层),并设置大粒径沥青碎石与水泥稳定碎石复合式基层。用三维有限元方法分析其路面设计控制参数以及路面材料宏观力学参数(弹性模量)与各层结构厚度对长寿面复合式路面的影响,结果表明各层材料最大拉应力、最大剪应力为强度控制指标更为合适,同时结合工程实际提出了水泥乳化沥青混凝土长寿命复合式路面结构,并应用于宜昌城区的试验路段。

特大桥梁沥青铺装层材料性能试验研究

为保证沥青铺装层具有优良的抗水损害和疲劳寿命,应进行专门的沥青混合料配合比设计。结合京港澳高速公路郑州黄河公路大桥的桥面铺装层设计,在室内首先对AC-13I、AK-16A和AC-16I进行了配合比设计,并对各结构单层进行了APA浸水车辙试验和疲劳试验。为模拟桥面铺装层的整体工作状况,又选取两种双层桥面铺装层结构方案A、方案B,在室内进行了高温状况下复合板车辙及复合梁疲劳试验。试验结果表明,在选定的配合比下条件下,单层中的AC-13I型沥青混合料有更好的抗水损害性能;双层桥面铺装层结构方案B具有优良的抗车辙和疲劳性能。综合比较后,方案B可用于指导黄河特大桥桥面的沥青铺装层施工。

考虑层间接触的旧水泥混凝土路面加铺厚沥青层的力学分析

基于试验路段省道120线的路面技术状况,利用有限元软件ABAQUS建立旧水泥路面加铺厚沥青层的三维力学分析模型,并考虑了旧路面与加铺层的层间接触和旧路面间接缝.首先计算分析了结构的温度场,然后分析了结构在温度荷载和车辆荷载耦合作用下调平层厚度对结构力学响应的影响及各结构层的功能需求.得出以下结论:在典型高温天气下,面层顶部的温度高于55℃;温度场变化幅度较大的范围在0~30 cm,增加加铺层厚度可降低因旧路面结构引起的温度应力;加铺层承受了较大的竖向变形,上面层和调平层承受较大的拉应力,是路面由上而下开裂和由下向上疲劳开裂的主要原因;上面层承受着较大的压应力和剪应力,同时下面层和调平层也承受了较大的剪应力;增加调平层厚度,可有效降低调平层的拉应力、压应力和剪应力,可以较大降低对旧路面结构的抗拉强度要求,从而增强了结构抗反射裂缝能力和抗疲劳能力;根据力学分析,给出了各加铺层混合料设计建议.研究成果为改善道路材料设计和提高加铺结构耐久性提供力学理论依据.

车路耦合荷载下沥青混凝土路面振动响应

为研究沥青混凝土路面的振动特性,采用滤波白噪声法拟合出路面平整度时域模型,基于1/4车辆模型,考虑车辆–道路的耦合作用,分析不同车辆速度、不同路面平整度等级时,车辆对路面的实时动荷载;建立道路三维有限元模型,研究车辆随机动荷载作用下道路的振动响应,分析道路各结构层参数对道路表面中心振动基频的影响。结果表明:路面平整度等级、车辆行驶速度对车–路耦合系统影响显著,当路面平整度等级由A级变化至C级时,同一行驶速度下的车辆动荷载增大了20%;道路振动基频随土基动模量呈对数关系增加,土基动模量由60 MPa增大至260 MPa,道路振动基频由5.61 Hz增大至10.80 Hz,振动基频增幅高达48.06%;在常用动模量变化范围内,面层、基层、垫层的动模量对基频的影响较小;随着面层、基层与垫层厚度的增加,道路基频呈线性减小的趋势,面层厚度对振动频率影响的敏感性大于基层厚度,基层厚度对振动频率影响的敏感性大于垫层厚度;在常用结构层厚度变化范围内,振动基频分别减小9.28%、18.05%与12.75%。试验结果证明:振动基频计算较正确,计算结果可为道路承载力快速测试提供理论支持。

水泥混凝土板沥青铺装层间抗剪强度协调性分析

为了使水泥混凝土板与沥青铺装层之间粘结性能达到最佳效果,采用直接剪切试验,对水泥混凝土板沥青铺装层间抗剪强度进行了协调性研究。分析和讨论了所选4种因素间的匹配协调性和对层间抗剪强度的影响,并对层间剪切试验的剪应力-位移曲线进行了分析。试验结果表明：层间剪切破坏的发展经历了3个阶段。3个阶段中,层间粘结力、水泥混凝土板表面与沥青铺装层集料的机械咬合力和摩擦力依次发挥作用。4种因素数对层间抗剪强度的影响强弱依次为：表面处理、铺装层级配、碎石撒布量和碎石粒径。建议的最优匹配方案：沥青铺装层采用AC-20级配上限,碎石撒布量为8kg/m^2,碎石粒径为9.5-13.2mm,凿毛间距为4.0cm。

旧水泥混凝土路面罩面工程中调平层厚度确定方法研究

我国水泥混凝土路面在公路建设中所占的比重越来越大 ,但其在使用过程中出现的修复困难一直是一个技术难点。如何尽快地恢复旧水泥混凝土路面的使用性能并降低工程造价 ,是目前各地区正在研究的课题。结合湖南省长沙至永安高速公路改造工程对加铺层设计进行了分析研究 。

旧水泥混凝土路面沥青罩面层间处治方案对比研究

基于拉拔试验、APA试验以及扭剪疲劳试验研究了橡胶沥青应力吸收层、橡胶粉改性AC—5沥青混合料、玻璃格栅+纤维改性沥青混合料3种应力吸收层的层间粘结特性、抗反射裂缝能力和抗疲劳耐久性,试验结果表明,采用砂粒式AC—5橡胶粉改性沥青混合料方案的层间粘结强度最大,且其在水-温耦合作用下抗反射裂缝效果最好,而玻璃格栅+纤维改性沥青混合料抗扭曲疲劳性能最好,总结了一套应力吸收层方案选择及性能评价的试验方法,为"白改黑"工程应力吸收层结构选择提供理论借鉴。

基于应力吸收层的“白改黑”路面温度应力有限元分析

研究改性沥青混合料应力吸收层在"白改黑"路面结构中的受力状态,对于其材料组成设计具有指导意义。根据弹性层状理论体系,采用Abaqus工程模拟有限元软件建立基于应力吸收层的"白改黑"路面三维有限元模型,对比分析直接加铺方案与设应力吸收层方案,分析低温条件下降温幅度、应力吸收层厚度及模量、基础模量变化对加铺层结构温度应力的影响。分析结果显示:应力吸收层在低温条件下,随着降温幅度的增加应力集中现象越明显;模量增加,层底温度应力增大,为减缓反射裂缝的产生和扩展,应力吸收层厚度在3 cm左右较为适宜。