陈洪兴[1]2008年在《基于路面平整度时域模型的沥青路面车辙计算方法研究》文中提出沥青路面作为我国高等级路面的主要结构形式,随着交通量和轴载的不断增加,交通渠化程度的提高,车辙问题日益严重,已经成为沥青路面早期破坏主要的一种病害形式。车辙的产生会严重影响行车舒适性和安全性,并降低了道路的使用寿命。如何准确地对现有路面结构进行车辙预估和计算具有十分重要的现实意义。本文以国家自然基金项目“基于行车动力作用的沥青路面车辙计算与预估方法研究”为依托,主要研究内容包括:沥青路面车辙产生的机理及各影响因素对车辙产生趋势的影响;路面平整度与车辙的相互关系;路面不平度仿真方法的研究;各等级路面动荷载模型的研究;有限元车辙计算的实现。在充分借鉴现有研究成果的基础上,指出行车动荷载作用和沥青混合料的粘弹塑性力学特性是车辙产生的主要原因。而路面平整度是车辆振动的主要原因之一,直接影响行车动荷载的大小,从而影响沥青路面车辙的产生。通过对重庆地区高等级沥青路面的平整度测试,建立路面平整度的频域模型和时域模型。通过理论公式推导,得出了基于国际平整度指数IRI的路面不平度仿真方法,并对实测路面进行不平度仿真,得到实际路面的不平度。通过CAE仿真软件ADAMS建立整车模型进行车路耦合作用,计算得到车辆行驶在路面上产生的随机动荷载离散值,在此基础上,充分考虑路面的实际受力和车辆的间歇时间影响,建立不同等级路面的典型动荷载模型。结合动力有限元理论和沥青混合料的粘弹性理论,运用大型有限元软件ANSYS,建立路面结构的二维有限元模型,考虑材料的非线性和动荷载模型,对邯长高速公路试验路段的路面结构进行车辙的有限元计算,并与实测结果比较表明:通过建立路面时域模型,考虑车—路耦合作用计算得到荷载模型,进行车辙有限元计算方法合理可行。
张浩然[2]2003年在《沥青混合料车辙变形的计算机模拟》文中研究表明在车辆荷载的反复作用下，高温时产生的永久变形和车辙是沥青路面的典型破环特征。由于交通量的不断增长、交通荷载的增大、渠化交通道路长度的飞速增长，致使道路在较短时间内产生车辙的情况越来越多，因而有必要进行进一步的研究。 车辙试验较好地模拟现场应力状态、简单实用，车辙试验的变形量和动稳定度值逐渐成为抗车辙能力的重要标准。但车辙试验存在缺点，不能获得材料基本力学参数、不能预估车辙变形发展。 本文将粘弹性理论和人工神经元网络应用于车辙试验动稳定度的预估。本文应用粘弹性理论研究车辙试验，应用粘弹性模型模拟车辙试验的试件，拟合车辙试验的轮载，带入粘弹性本构方程，获得理论解，从而获得车辙试验的变形曲线和动稳定度值。通过对车辙试验变形曲线的拓展，预估车辙试验变形的发展趋势。本文应用BP人工神经元网络，建立沥青混合料的矿料通过百分率、沥青用量、毛体积密度、空隙率、试验温度与沥青混合料粘弹性参数的关系，或建立沥青混合料的矿料通过百分率、沥青用量、毛体积密度、空隙率、试验温度与车辙试验动稳定度值的关系，从而预估车辙试验的动稳定度值和绘制车辙试验变形曲线。 在本文的基础上，编制了车辙试验动稳定度预估和绘制车辙试验变形曲线的程序。应用该程序可方便地预估动稳定度值，获得车辙试验变形曲线，进而估计车辙变形发展趋势。该程序亦可为车辙试验提供参考。它可用于粗略进行沥青混合料级配的选择工作，在进行沥青混合料配合比设计工作时节省一定的时间。
蔡旭[3]2013年在《沥青路面抗车辙性能评价及结构优化》文中指出车辙是沥青路面的一种损坏形式，表观表现为沥青路面轮迹带范围内路面的下凹，有时伴随轮迹带边缘的隆起，这种现象主要是由于路面沥青混合料被压密和剪切变形所致，并且通常发生在面层。随着广东省高速公路建设的飞速发展，公路建设的重心正逐步从经济发达的珠叁角等平原地区向山岭重丘地区转移，山区高速公路长陡坡上坡路段沥青路面车辙病害已成为一个不可回避的问题，并也将愈加突出。由于山区高速公路长陡坡路段的特殊性，其病害现象较普通路段更易出现且更为严重：山区高速公路沿线地形复杂，路线纵坡大，长陡坡路段多，受重载、超载及低速行车等诸多不利因素影响，车辙病害大量出现，特别在纵坡较大的上坡路段，当持续高温时，车辙形成和发展快，严重影响行车安全。专门针对陡坡路段的路面结构一直是各类路面结构设计和施工规范（指南）的空白，本研究的目的是进一步了解广东省沥青路面结构在现有气候和交通等条件下的车辙特性，丰富陡坡路段路面病害的知识积累，进而完善广东省路面典型结构设计指南。这些工作对于提高沥青路面整体质量，特别是待建山区高速公路的质量具有前瞻性和重要意义。基于上述背景，本文从沥青混合料设计理论出发，基于数字图像技术与散体力学理论，尝试将沥青混合料的宏观力学性能与细观结构特性联系起来。同时借助独创的评价平台，形成一套新的针对慢速重载交通的沥青混合料评价方法体系，为解决高速公路长陡坡路段的车辙损害问题提供了重要指导。论文的主要工作和创新成果如下：1.通过对现有混合料设计理论的总结与混合料体积设计法的研究，基于混合料颗粒干涉思想（细集料干涉与沥青胶浆干涉）与体积填充思想对分级掺配法进行了再优化，形成抗车辙功能型混合料的设计方法。2.通过对国内外小型车辙试验仪的总结与现有车辙试验方法优缺点的分析，认为现有的试验方法无法较好地模拟实际路面的受力状态。基于“主驱动轮式路面材料加速加载系统”设计开发了DWPA车辙试验系统，通过不同车辙试验结果的对比，结合灰色关联性分析得出适用于DWPA车辙试验的沥青混合料抗车辙性能评价指标，分析认为采用混合料蠕动变形阶段的变形斜率可较好的反映材料的高温稳定性。3.基于数字图像技术对混合料的粗集料接触特性进行分析，提出两种粗细集料划分方法：基于多点支撑理论的划分方法与基于散体力学理论的划分方法。通过集料接触特性影响因素的分析，发现试件成型方法影响了混合料粗集料倾角大小，粗集料含量大的级配在相同截面面积中形成更多的接触点与更大的集料倾角。由于混合料在相同成型方式下所受的压实功是近似的，因而粗集料倾角的大小反映了混合料在成型过程中所能达到的稳定状态。4.以初始接触点数量以及沥青性能指标为输入变量建立两种车辙试验的车辙深度预估模型。定义了最佳接触点数Nopt以及最低接触点数Nmin，试图将接触点数量指标引入混合料设计中，作为级配选择的参考。5.基于散体力学理论提出沥青混合料剪切模量预估模型，讨论了以接触点数作为材料高温稳定性评价指标的合理性，单轴贯入试验结果表明预估模型可较好的预测混合料抗剪模量。6.通过对高速公路长陡坡路段沥青路面车辙损害的文献调查，详细讨论分析了车辙损害的主要影响因素，指出行车速度缓慢是长陡坡路段交通流的重要特性。结合大量的室内车辙试验数据与实际路面调查数据，建立了沥青路面全结构的车辙深度预估模型，该模型能较好地预估沥青路面车辙深度，表明基于剪切模量与等效温度等因素所建立的预估模型基本正确。最后通过对28种路面结构组合的车辙深度预估，总结归纳出适用于广东省的不同交通等级、行车速度（纵坡坡度）的高速公路长陡坡路段路面结构组合方案。
张宏[4]2008年在《沥青路面数值模拟及单轴贯入蠕变试验研究》文中研究指明车辙是沥青混凝土路面主要的破坏形式之一。随着公路交通量的增加和汽车轴载的增大以及渠化交通的形成,我国公路沥青路面的车辙问题越来越突出。本文利用有限元方法对昆安高速公路试验路的6种不同路面结构和“单轴贯入蠕变模型”,在不同荷载大小作用下的力学响应比较分析,得出合理的“单轴贯入蠕变试验”参数;通过单轴贯入蠕变试验研究发现,单轴贯入蠕变试验可以解决单轴蠕变试验对试验温度和荷载大小的限制,单轴贯入蠕变试验比单轴蠕变试验更准确、更稳定的反映了沥青混合料的粘弹特性;将单轴贯入蠕变试验得到的蠕变参数,代入能够模拟沥青路面蠕变现象的有限元模型中,对环道试验中的柔性基层沥青路面车辙进行数值模拟。模拟结果与实测结果非常接近,说明单轴贯入蠕变试验有较好的实用性和适用性,因此采用相同的方法对昆安高速公路进行了车辙预估。
乔英娟[5]2007年在《沥青混合料位移场测定与流动性车辙分析》文中认为近年来，由于夏季持续高温、重载、渠化交通等影响，沥青路面早期车辙现象日益严重。据调查，当前沥青路面的车辙类型主要以轮迹部位下凹、车辙两侧反而向上隆起的流动性车辙，而且这种比例还在增加。为减少以中下面层为主的车辙，加强中面层的对策使得上面层又出现隆起现象。本文首先分析了沥青混合料(HMA)永久变形室内评价方法特点以及沥青路面车辙预估的研究现状，指出了目前HMA室内试验变形测量手段的局限性，以及偏于竖向变形的理论法不适应HMA剪切流动变形的评价。通过对不同受力状态下HMA试验位移场测定与沥青路面流动性车辙分析，本文主要进行了以下研究工作并取得了有益的结论：(1)文中介绍了沥青混合料试样变形的数字图像测量系统，系统的软硬件组成，系统的测量精度及误差分析，提出了相应的消除或减小误差的方法。在测量系统的正常使用条件下，测量精度可以达到理论精度，满足试样变形高精度测量的要求。(2)进行了HMA间接拉伸试验、马歇尔试验及单轴压缩试验位移场的测定与分析。试样的侧向变形较竖向变形更加敏感有效的反映了HMA变形局部化的启动及发展，以及HMA在不同受力状态下，从初始压密、弹性压缩到塑性膨胀的不同变形阶段，并提出了沥青混合料侧向变形评价指标。(3)通过对间接拉伸试验中，不同温度下沥青混合料泊松比的测定与分析，得出HMA泊松比的变化规律：低温、小荷载作用时，材料泊松比随荷载的变化较为稳定，可以视为一个常数；高温、大荷载作用时，HMA泊松比变成温度和应力状态的函数；在某些加载条件下，HMA泊松比甚至超过了0.5。(4)为分析当前较多流动性车辙产生的成因，基于沥青混合料位移场的测定与分析结果，建立了沥青路面叁维有限元模型，扩大沥青混合料泊松比的分析范围，考虑沥青路面结构形式变化以及不同沥青结构层组合的影响，以沥青层的侧向(横向)位移为评价指标，分析了不同影响因素组合下沥青上、中、下叁层的横向位移发展趋势。沥青路面的侧向(横向)位移流动发展趋势反映了不同材料侧向阻抗和不同沥青层结构组合条件下流动性车辙产生的条件和界限。同时对侧向位移法与剪切理论法进行了理论和试验验证，两者在预估沥青路面剪切变形时具有一致性。(5)基于剪切理论的路面力学分析和基于侧向位移法的沥青层横向位移发展趋势分析均表明，上中面层的结构组合对路面结构横向位移、结构剪应力、结构剪应变分布影响较大。强调加强中面层，忽略上中面层的协调组合，会导致上面层应力集中。从考虑上面层不出现侧向失稳流动变形趋势及减小沥青路面结构剪应变来看，给出了上中面层模量组合的较佳范围，并提出了沥青结构层协调组合设计的理念。(6)将变形数字图像测量系统替代传统的位移传感器采集系统，应用于间接拉伸试验，提高了间接拉伸试验的工程使用效果和使用范围；简化了沥青结构层芯样分层变形的量测，补充了路面芯样力学评价指标体系；改善了马歇尔试验用于评价沥青混合料高温稳定性的精度和评价效果。
徐旸[6]2011年在《基于行车安全的沥青路面车辙研究》文中研究说明车辙是沥青混凝土路面的常见病害,实际路用性能显示,即使路面结构和材料完全按照现行沥青路面设计规范要求进行设计,长大纵坡上坡路段的车辙病害仍然十分严重。本文首先对国内典型的长大纵坡沥青路面进行调研,收集了辙病害等资料,初步分析长大纵坡路面车辙病害频发原因。通过沥青混合料的变形机理研究与有限元计算,分析了重载、温度、水平力、纵坡度对沥青路面结构最大剪应力的影响。通过行车安全性分析以及路面车辙评价指标研究,提出了长大纵坡路段基于行车安全的车辙控制指标。其次,通过现今沥青路面车辙试验方法及车辙试验仪存在的不足之处的分析,对标准车辙仪进行了改进,使车辙仪的试件厚度可调,使轮碾速度可调,使轮碾荷载可调,使试验温度梯度可调。并为更准确地模拟长大纵坡路段沥青路面车辙实际状况,对试验方法和试验条件进行了改进。通过不同行驶速度下动稳定度变化规律的探讨,提出了低速车辙控制标准；通过中温大纵坡车辙变形规律的研究,提出了中温大纵坡车辙应注意的问题；通过全厚式沥青路面车辙试验,分析实体工程大纵坡路段沥青路面结构强度不足的问题,并提出了优化方案。在总结前述结论的基础上,提出了长大纵坡路段沥青路面材料和结构“双控”的设计方法和抗车辙结构组合原则。最后,依据本文提出的沥青路面材料和结构“双控”的设计方法和抗车辙结构组合原则,对京张高速和雅泸高速公路的抗车辙路面结构进行了优化设计。
唐鹏[7]2016年在《沥青混合料车辙变形的离散元数值模拟》文中研究表明沥青混合料路面因为有良好的使用性能,被广泛地应用到我国道路建设中。但随着交通运输量的日益增大,路面容易发生各种病害,车辙就是主要病害之一。如何提高路面的抗车辙能力,对于维护路面使用性能非常重要。因此,研究路面车辙变形的形成机制和影响因素具有重要的现实意义。本文结合试验和离散元数值模拟,研究了不同条件下的路面车辙变形情况,总结车辙变形与骨料级配、外加载荷、外界温度的关系。主要工作如下:(1)完成了两种级配的标准车辙试验,将数值模拟结果与试验结果对比,试探得到参数。(2)利用随机投放方法,建立了沥青混合料车辙试件数值模型。完成了不同级配试件在不同外加载荷和外部温度下的虚拟车辙试验,结果表明,无论是间断级配还是连续级配,最大公称粒径越大,车辙变形越小;载荷越大,车辙变形越大;温度越高,车辙变形越大。(3)利用虚拟无侧限抗压试验和虚拟劈裂试验得到的抗剪系数(粘聚力和内摩擦角),评价了不同级配车辙试件在不同温度下的变形表现。结果表明,抗剪系数越大,抗车辙性能越好,车辙变形也越小。(4)探讨了变载荷和变温条件下的车辙变形规律。平均载荷不同时,载荷由小到大变化产生的车辙大于载荷由大到小变化的情况,平均载荷相同时,两者大体相当;温度变化时,温度由低到高和由高到低变化,两者变形过程不同,但两者总变形量相当。
綦举胜[8]2012年在《基于车辙试验的沥青混合料高温稳定性评价指标研究》文中研究指明车辙试验操作简单、计算方便,被国内外许多国家作为检测沥青混合料最佳沥青用量的试验方法,在我国主要是作为评价沥青混合料高温稳定性的试验方法之一,评价指标为动稳定度。但该指标考虑的碾压过程不够全面,并且会出现计算值相同而变形量差异很大的情况。为了得到合理的评价沥青混合料高温稳定性的指标,本文在车辙试验的基础之上,通过对变形曲线进行坐标变换和回归分析,得出了新的评价指标-修正动稳定度。具体研究内容和取得的成果如下：(1)通过体积设计法,设计了AC-16和AC-20两种混合料,其中AC-16的空隙率为4%,矿料间隙率为13.5%-16%,AC-20的空隙率为4%和5%,矿料间隙率为15%和16%。(2)对比分析现有评价指标-动稳定度(DS)、相对变形率(δ)和变相量指标(即辙深RD)的不足,从而突出提出新指标的必要性。本文在对车辙变形曲线分析的过程中,为了防止个别时间点变形量的突变对结果分析造成影响,编写了计算机应用程序,剔除那些突变的数据点,提取变化的变形量及其对应的时间点,重新绘制车辙变形曲线,并对车辙变形曲线进行坐标变换和回归分析,从而得出沥青混合料在车辙试验进行近36min时,其变形进入稳定阶段。进而推导出了新的评价指标-修正动稳定度(MDS)。(3)采用对比分析法,在不同矿料间隙率、公称粒径和荷载压力的情况下,运用Ds、MDS和RD这叁个指标对混合料的高温稳定性分别进行评价。结果表明,MDS的评价结果更接近于混合料的实际性能。因此采用MDS作为评价指标更合理。
付元坤[9]2009年在《沥青路面车辙预估模型的研究》文中提出车辙是当前我国高等级公路沥青路面问题最突出、危害最大的损坏类型之一。车辙病害的出现,不仅严重影响路面的使用质量和服务寿命,而且严重威胁着交通安全性,因此,如何有效地预测车辙病害已成为目前亟需解决的问题。本文重点研究了基于重复加载蠕变试验的沥青路面车辙预估方法,进而用于预测沥青路面的车辙病害程度,指导沥青路面的养护与维修。本文在实际调研的基础上,分析了沥青路面车辙的损坏机理,提出了重复加载蠕变试验方法,研究沥青混合料高温性能的力学参数。在分析沥青路面车辙影响因素的基础上确立了车辙预估模型形式,根据试验结果确定了模型参数,并进行了组合结构试件的有效性验证。结果表明该预估模型误差范围较小,可用于预测沥青混凝土永久变形。在探讨国内外车辙等效温度研究的基础上,根据建立的车辙预估模型和车辙损坏等效原理确立了车辙等效温度模型,在叁个不同地区应用该模型,计算得到当地的车辙等效温度。根据实际路面交通量调查结果,提出了车辙有效荷载作用次数的概念及计算方法。结合实际路面车辙的调研数据,对车辙预估模型进行了修正,建立了实际路面车辙预估模型,结果表明本次研究建立的预估模型合理且具有一定的精度。
王辉[10]2008年在《重载高温区沥青路面结构与材料研究》文中研究表明车辙是沥青路面特有的一种损坏现象，是长期困扰着国内外道路工作者的世界性难题。据统计，80％以上的路面维修都与车辙相联系，而车辙问题在重载高温区沥青路面更加突出，因此，围绕重载高温区沥青路面结构和材料进行研究，具有十分重要的理论意义和实用价值。本文在重载高温区沥青路面实地调查、大量的室内试验研究和理论研究的基础上，取得了以下主要研究成果和结论。(1)根据对典型重载高温区沥青路面路况调查和实地典型位置的取样试件车辙试验结果，运用方差分析、回归分析和相关分析等方法，研究了影响沥青路面车辙形成的关键内因，首次建立了车辙深度与各结构层动稳定度的经验公式：据此，提出了重载高温区沥青路面下面层沥青混合料动稳定度设计标准，一般路段为800次/mm，长大纵坡和超高较大的路段，提高到1000次/mm；中面层建议采用改性沥青混凝土，其动稳定度不小于3000次/mm。(2)采用沥青混合料专用叁轴测试仪，系统地研究了级配、集料、沥青用量、空隙率和温度对沥青混合料抗剪性能的影响，首次提出了沥青混合料抗剪参数c、φ和沥青混合料动稳定度的经验模型：(3)利用DSR、红外光谱分析、DSC分析和TG分析等手段，从微观的角度对在PG76与PG82改性沥青中分别掺聚合物纤维与木质素纤维的沥青胶浆和在AH-70重交沥青与PG76改性沥青中掺抗车辙剂的沥青胶浆的高温性能和增强机理进行了初步探讨，提出了最佳合理掺量。(4)系统对比分析PG76、PG82和在PG82中增掺不同用量的聚合物纤维SMA-13以及用PG76、AH-70和在AH-70中掺入不同用量的抗车辙剂AC-20后的高温性能。试验结果表明，在PG82中增掺聚合物纤维SMA-13和在AH-70中掺入抗车辙剂AC-20的高温性能得到了非常明显改善；运用正交分析法分析了拌和温度、碾压温度、干拌时间和湿拌时间等因素对增掺聚合物纤维SMA-13和掺抗车辙剂AC-20的高温性能的影响，提出了合适的工艺参数。(5)运用叁维有限元、时温等效关系分析了轴载、温度、纵坡和车速、超高等对路面结构各层内的最大剪应力的影响以及变化规律，分析认为超重轴载和超高温度(车速)是影响路面剪应力的主要的因素。同时运用叁维有限元，计算分析了考虑面层材料组合、温度和荷载等不同因素耦合(工况)条件下沥青路面结构应力状况；并借鉴城市道路沥青路面抗剪强度验算方法，采用实测材料参数对不同工况下路面结构的抗剪性能进行了验算，提出了不同因素耦合条件下的路面结构组合推荐方案和相应的沥青混合料动稳定度设计标准建议值。(6)结合室内试验和路面结构分析的成果，提出了不同路况条件下合理的试验路路面结构与材料方案并予实施。经过1年多的跟踪检测结果表明，试验路段设计的路面结构和材料方案路面使用性能优良，路面车辙也得到了很好的控制，证明试验路的路面结构组合和材料设计是成功的。这为今后类似高速公路沥青路面结构与材料设计提供可借鉴的宝贵经验。
参考文献：
[1]. 基于路面平整度时域模型的沥青路面车辙计算方法研究[D]. 陈洪兴. 重庆交通大学. 2008
[2]. 沥青混合料车辙变形的计算机模拟[D]. 张浩然. 长安大学. 2003
[3]. 沥青路面抗车辙性能评价及结构优化[D]. 蔡旭. 华南理工大学. 2013
[4]. 沥青路面数值模拟及单轴贯入蠕变试验研究[D]. 张宏. 重庆交通大学. 2008
[5]. 沥青混合料位移场测定与流动性车辙分析[D]. 乔英娟. 大连理工大学. 2007
[6]. 基于行车安全的沥青路面车辙研究[D]. 徐旸. 中南大学. 2011
[7]. 沥青混合料车辙变形的离散元数值模拟[D]. 唐鹏. 华中科技大学. 2016
[8]. 基于车辙试验的沥青混合料高温稳定性评价指标研究[D]. 綦举胜. 内蒙古农业大学. 2012
[9]. 沥青路面车辙预估模型的研究[D]. 付元坤. 长安大学. 2009
[10]. 重载高温区沥青路面结构与材料研究[D]. 王辉. 中南大学. 2008
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