基于胎-面间接触力学特性的沥青路面抗滑模型研究

为了进一步表征沥青路面抗滑性能,通过对轮胎与路面间接触力学特性的分析,构建了沥青路面抗滑模型;以AC-13、GAC-13和UTAC-10的沥青混合料作为研究对象,采用激光纹理测量仪获取路面纹理三维信息,并开展压力胶片等相关试验获取模型中各参数值;通过模型结果与摆值的相关性分析验证模型的有效性,并探索模型中黏附摩擦作用和咬合作用对路面抗滑作用的贡献情况。结果显示:模型结果与摆值的相关性达0.9881,表明此模型能很好地表征沥青路面抗滑性能。各路面的黏附摩擦作用系数在0.3~0.4范围内均大于咬合作用系数(0.1~0.25范围内),表明道路运营初期时路面抗滑作用主要来源于黏附摩擦作用。此外,咬合作用系数高意味着在抗滑性能衰减中后期或者存在水等不利条件下路面具有更好的抗滑潜能。

层间接触位置和状态对沥青路面力学指标的影响

为研究沥青路面层间接触位置和接触状态对路面结构内力学指标的影响,选择典型的高速公路半刚性基层路面结构,利用BISAR3.0软件计算分析不同层间接触位置时的路面力学指标,并探讨不同基面层接触状态下沥青路面力学响应和疲劳寿命的变化规律。结果表明:面层与面层、面层与基层、基层与底基层之间在完全光滑时对拉应力、拉应变、剪应力影响显著,弯沉受层间接触位置的影响变化不大;随着基面层间滑动系数的增加,路面结构内的应力、应变逐渐增大,在完全滑动时下面层底的拉应力、剪应力和拉应变分别是完全连续时的2.93倍、2.45倍和69.36倍;在基面层间滑动系数小于0.6时沥青路面的疲劳寿命降幅较小,随后降幅逐渐增大,当基面层间完全光滑时,疲劳寿命较完全连续时下降44.5%。

考虑层间接触状态的沥青路面疲劳性能预估

受多场耦合影响的沥青路面层间性能逐渐劣化,致使路面结构应力重分布,进而加剧沥青路面的疲劳损伤.为了研究层间接触状态对沥青路面疲劳性能的影响,从小尺度车辙动态响应试验入手,进行沥青层层底拉应变的数据采集,并利用数值模拟进行验证.在此基础上,甄选比对国内外沥青混合料疲劳破坏模型,以影响因子与疲劳预估为核心,通过构建典型半刚性基层沥青路面三维有限元模型与理论分析综合确定了沥青层模量、基层模量、层间接触状态与荷载等核心预估变量,采用疲劳寿命比法进一步确定模型中各项参数,构建了考虑层间接触状态的实际在役沥青路面疲劳性能预估模型.研究成果对于改进现有沥青路面设计方法及提升路面设计与养护具有一定参考意义.

考虑层间接触状态的沥青路面力学性能分析

为了研究不同层间接触状态的沥青路面力学性能,借助ABAQUS构建路面三维有限元模型分析了路面温度场下不同的层间接触状态对路面力学性能的影响,并建立了考虑层间接触状态的疲劳性能预估模型。研究表明:当深度路面在0.68 m以上,路面温度与深度呈三次多项式关系、路面深度在0.1 m以上时,路面温度与外界环境气温呈二次多项式关系;层间接触状态对沥青路面拉应力影响最大,剪应力次之,对竖向变形影响最小,低速、重载的车辆能使路面最大拉应力、最大剪应力、最大竖向位移分别增大90.0%、70.0%、63.2%;与完全连续状态相比,随着层间接触状态的劣化,沥青路面的疲劳寿命最大降低了75.6%。可见为延长路面的使用寿命,施工时应连续铺装压实,严格控制层间黏结质量。

基于集料力学指标的沥青路面抗滑性能衰减模型

为了研究沥青路面抗滑表层抗滑性能衰减规律与粗集料力学指标之间的定量关系,利用小型四轮加速加载试验设备对3个级配、4种粗集料共12组沥青混合料的摩擦系数随着加载次数的衰减规律进行了试验。研究结果表明,沥青混合料级配主要影响沥青路面摩擦系数初始值,而对其摩擦系数的衰减规律(衰减幅度、衰减速率、衰减终值等)影响不显著;沥青混合料所用粗集料的力学指标(磨耗值、压碎值、磨光值)对沥青路面抗滑性能的衰减规律影响显著:压碎值、磨耗值越小,磨光值越大,其对应的沥青混合料摩擦系数的衰减速率越小,衰减幅度越小,衰减终值越小,反之亦然。最后建立了摩擦系数衰减规律与集料力学指标之间的定量关系模型。

汽车轮胎与路面接触应力分布特点及力学模型

为分析重载交通对沥青路面使用性能的影响,研究了汽车轮胎与路面接触应力的分布特点。轮胎与路表的接触影响因素可分为两类:轮胎相关因素与路面相关因素,文章从力学的角度出发,综合考虑汽车轮胎结构类型、轮胎花纹、轮胎气压、轮胎竖向荷载、行驶速度、轮胎工作状态和路面表面几何特征与干湿状况等影响因素,分析了汽车轮胎在路面上的轮迹接触面形状、接触应力方向组合、接触应力分布特点,通过数学推导,简化荷载模型,在车辆匀速行进情况下,假设轮胎-路表接触面为矩形,考虑轮胎-路表接触力修正系数,建立了轮胎-路表三向接触应力模型,该模型有利于分析竖向接触应力、水平纵向和横向接触应力分布特征及影响因素。

基于接触应力集中的沥青路面抗滑性能评价

为了给抗滑表层沥青混合料级配设计提供参考,基于高精度压力胶片测试技术,开展不同搓揉时间下的胎/路接触应力分布特性研究。通过2种粗集料2种类型沥青混合料的对比,研究轮胎作用下沥青路面的抗滑性能衰减规律;并从接触力学的角度建立沥青路面抗滑性能评价指标。结果表明:轮胎与路面接触应力呈现显著的非均匀分布,主要包括有效接触面积与应力集中效应。初始状态下胎/路有效接触面积与应力集中主要与级配设计有关;而在搓揉过程中,随着路面构造的二次圧密与粗集料磨耗,有效接触面积持续增加,应力集中减少;应力集中分布度指标可以较好描述应力集中效应。分析表明,轮胎接触应力集中与路面摩擦系数呈现良好的线性关系。试验证明,骨架密实型级配与优质粗集料均有利于提高沥青路面抗滑耐久性能;而级配的影响更显著,磨耗层设计中应当给以重视。

水泥砼沥青加罩时设置SAMI的力学响应分析

水泥混凝土路面进行沥青加罩改造时,应力/应变吸收夹层的设置对延缓反射裂缝的产生和发展有积极的作用。然而,吸收夹层的材料种类多种多样,各自性能参数也有所不同。利用三维有限元的计算工具,针对不同的应力/应变吸收夹层材料设计计算参数,在分别考虑不同层间接触条件的基础上,进行了荷载作用下沥青加罩后各结构层内的力学响应分析,得出了结论。

层间接触对冷再生基层路面结构性能的影响

为研究冷再生基层与铣刨旧路层间接触状态对沥青路面结构性能的影响,选取典型大中修冷再生沥青路面结构,采用BISAR 3.0软件对路面结构在不同层间接触状态下进行力学计算,进而对路面结构的力学指标、极限轴载与疲劳寿命进行分析。结果表明:冷再生基层与铣刨旧路层间接触状态对极限轴载的影响较大,对疲劳寿命的影响更大;层间接触状态由连续变为滑动时,对路表弯沉与层底拉应力有增大的影响,对层底压应力有减小的影响;冷再生沥青路面设计等级越高,对冷再生基层与铣刨旧路层间接触状况也要求越高。

基于不同层间接触状态的就地热再生沥青路面力学响应分析

就地热再生沥青路面由于其施工工艺的特殊性,其层间接触界面一直是沥青路面结构的薄弱点.利用Abaqus建立路面结构三维空间几何模型,并考虑再生层接触状态和施工厚度对路面力学响应的影响,研究路面结构力学响应的变化特性.结果表明:摩擦接触模型的力学响应均大于完全连续模型力学响应,但完全连续模型并不能完全表征路面的实际接触状态;再生层接触状态对路面结构竖向变形几乎没有影响,但对最大剪应力和再生层层底拉应力均有显著影响.基于有限元接触理论阐述了层间接触状态对沥青路面的重要性,对就地热再生沥青路面设计及施工具有参考价值.

浇注式沥青混凝土复合铺装的高温稳定性能研究

为提高浇注式沥青混凝土复合铺装的高温性能,减少铺装层在行车荷载作用下产生的高温车辙现象,本文将复合铺装层间接触状态分为未撒布碎石和撒布碎石2种情况,提出以动态机械分析试验方法(dynamic mechanical analysis,DMA)和车辙动稳定度方法评价浇注式沥青混凝土复合铺装高温稳定性能,通过四点弯曲试验和车辙试验研究复合铺装层高温性能,研究层间接触状态对复合铺装结构高温稳定性能的影响。研究结果表明,采用DMA试验方法和车辙动稳定度方法能有效评价复合铺装结构的高温稳定性能;浇注式+碎石+SMA复合铺装动态模量和动稳定度高于浇注式+SMA复合铺装相应数值;碎石粒径越大和用量越多对复合铺装动稳定度影响显著,推荐采用13.2~19 mm粒径碎石,推荐用量为10 kg/m^2。

层间接触状态对沥青路面力学性能的影响

针对沥青路面的实际工作状态与设计理论状态不符的问题,结合沥青路面多层弹性层状体系理论,采用有限元分析方法对沥青路面进行了计算分析,结果表明,采用接触模型分析的结果很符合实际路面情况,对路面设计更具有安全保障。

基于有限元的层间接触对沥青路面力学响应影响研究

为了研究层间接触状态对沥青路面力学响应的影响,针对典型半刚性基层沥青路面结构,采用Ansys有限元分析软件,选取三种层间接触状态(连续、弱连续、光滑),对不同接触状态下各结构层力学响应进行计算分析。结果表明:随着层间接触从连续转变为光滑状态,路表弯沉迅速增大、相应的层底拉应力也迅速增长,进而使得横向裂缝发生几率急剧增大。结构层间接触状态的变化将会引起结构层内应力波动,使得主应力应变向不利方向发展,因此对路面结构层各层间粘结的设计与施工进行有效控制具有重要意义。