路基回弹模量对路面结构力学性能影响的数值分析
基于路基动态回弹模量的水泥混凝土路面动力响应分析

究了载荷对路基路面动力响应的影响,分析了不同行车速度、不同轴重和轴型下路基路面变
形特征和应力分布规律。同时确定了车轮与路面共振时的行车速度和重载交通条件下路基工
作区深度,研究成果为实际的路基路面设计提供了参考。
关键词:水泥混凝土路面;动态回弹模量;动力响应;共振;一致切线刚度矩阵;有限
元
中图分类号:U416216
11 路基动态回弹模量模型
为获得更加准确的应力应变响应,路基土回弹
模量采用美国 2004年 NCHRP1-37A[11]研究成果,
相应的路基土动态回弹模量模型 (简称 N37A模
型) 方程如式(1):
( ) ( ) Mr=k1Pa
θ Pa
k2
τoct+1 k3 Pa
(1)
式中:Mr、θ、τoct、Pa分 别 为 动 态 回 弹 模 量 和 体 应
(3)
式中:k=k1/(1+v)。 根据式 (3),可以推导得出 N37A模型的雅克
比矩阵最终 形 式 如 式 (4)所 示,详 细 推 导 过 程 及 符
号含义类似于文献 [12]。
( ) S=C(
E
1+aI
I)
+
1 3—aεI+E—
EC=
( )
EC=m
s—a gkn2θ(Cε2)I-+k3—aτkoc2tk+3ττooccttC+2Psagn(×ε)I +
(1湖南省交通科学研究院有限公司,湖南 长沙 410015;2中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075; 3湖南省高速公路建设开发总公司,湖南 长沙 410016)
摘 要:路基回弹模量是路面结构设计的重要参数,为切实体现路基土回弹模量的应力
相关性,克服简化的线弹性当量回弹模量带来的偏差。研究采用综合考虑体应力和八面体剪
回弹法检测混凝土强度的应用及影响因素分析

回弹法检测混凝土强度的应用及影响因素分析摘要:混凝土质量的重要指标是混凝土强度,回弹法是无损检测混凝土强度的常用方法之一,具有简便、灵活、快速、经济等特点。
本文就通过分析回弹法检测混凝土强度的影响因素,阐述了检测混凝土强度中使用方法、操作技能与提高精度的措施,对回弹法现场检测混凝土强度有一定借鉴作用。
关键词:混凝土强度;检测;回弹法;影响因素Abstract: the concrete quality is an important indicator of the strength of concrete, the rebound method is nondestructive testing the strength of concrete of the commonly used methodOne, it is a simple, flexible, rapid, economy etc. Characteristics. This paper through the analysis of the strength of concrete rebound method) for influence Element, expounds the concrete strength test used method, operation skills and improve the precision of the measures, with the rebound method the field detection the strength of concrete have certain reference.Keywords: the strength of concrete; Detection; The rebound method; Influence factors混凝土是当前乃至将来很长一段时间常用的建筑材料,应用越来越广泛,且有良好的发展前景。
路基回弹模量对路面结构力学性能影响的数值分析

标准轴载 1 0 0 k N轮胎接地 长度 L=1 5 7 . 9 6 m m。
由于近年来超 载 已经成 为 各级 道 路 面 临 的普 遍
路
鑫 ,等 :路基 回弹模量对路 面结 构力 学性 能影响的数值分析
・ 1 3 3・
基性能 J 。相关 的力 学 计算 表 明 _ 4 J ,路 基模 量 的增
加 ,会对路 面结构 的变形 和受 力 产生 非 常有 利 的影 响 。本文拟 通过数 值 计算 来分 析 路基 模量 对 路 面结
M P a ,轮胎接地 形状 采 用 双 矩形 代 替 双 轮 的 双 圆 图
式 。车轮荷 载计算 的双矩形示意 ,见 图 1 。
0 引 言
容包括计 算荷 载 的确定 、路 面结 构参 数 的确 定 和边 界条件 的设 置 。
在我 国道路建 设 过程 中 ,路 面结 构 因为 直接 承
受 车辆荷载 和 自然环 境作 用 而受 到 格外 地 重视 ,相 关 的研究成 果也 较多 ;而对 路 面结 构起 着 基 础性 支
形式进行规 定 。因此 ,满 足规 范 只说 明路 基 取值 满
足最低标准 ,并不 能 说 明其 合 理 性 。但 是 , 目前 路
基设计指标 往往 取规 范 下 限 ,这 就进 一 步恶 化 了路
本 文 中 ,标 准 荷 载 采 用 双 轮 组 单 轴 荷 载 为 1 0 0 . 5 5 k N,接地 压 力 P为轮 胎 内压力 ,取 P=0 . 7 0
1 . 1 计算荷载 的选取 《 公 路 沥青 路 面设 计 规 范 》 ( J T G D 5 0 -2 0 0 6 ) 中 采用 多层弹性 体 系理 论对 路 面进 行设 计 和计 算 。多 层 弹性 体系理 论 中 ,把 轮胎 与地 面 的接 触 面简 化 为
路基回弹模量变化对沥青路面结构的影响研究

摘要沥青路面凭借其优越性能,被广泛的应用于道路工程中。
但是由于施工现场的施工工艺、压实度、含水率等多种因素作用下,路基回弹模量均匀性得不到有效的保证,加之车辆荷载的反复作用,路基回弹模量的不均匀就会更加显著,严重影响了路面结构的正常使用。
鉴于此,论文以黄石高速改扩建藁城至石家庄段K284+240-K284+260填方路基为工程背景,通过室内试验和现场测试的方法,研究路基回弹模量不均匀分布规律;利用有限元软件建立路基回弹模量不均匀特性下的三维有限元模型,研究路基回弹模量变化对沥青路面结构动力响应的影响规律。
论文的主要工作包括:(1)分析路基填料回弹模量影响因素,建立动、静回弹模量的关系式。
在确定试验路段的路基填料基本物性指标基础上,进行承载板试验和动三轴试验。
研究含水率、压实度、围压、偏应力与回弹模量的影响规律,并建立动、静回弹模量的关系式。
(2)利用现场测试的加州承载比CBR,研究路基模量不均匀分布特征。
在路基不均匀分布特性分析中,采用车道间数据一致性统计量值h和车道内数据一致性统计量值k对路基模量不均匀现象进行量化分析与评价。
(3)通过有限元软件Abaqus建立在路基回弹模量变化下的有限元模型。
在建模过程中,用余弦函数表示路基回弹模量波浪形分布状态,把不同工况下的回弹模量分布状态编写为目标子程序代入到有限元软件,从而建立考虑路基回弹模量变化的沥青路面三维有限元分析模型。
(4)分析行车移动荷载作用下路基回弹模量变化对沥青路面结构的影响规律。
研究路基回弹模量变化不同波长、波幅以及车速变化情况下沥青路面结构的动力响应变化规律,并根据研究结果提出不同设计速度下的沥青类路面的路基回弹模量不均匀控制标准建议值。
关键词:路基;回弹模量;沥青路面;动力响应AbstractBecause of its superior performance, asphalt pavement is widely used in road engineering. However, due to various factors such as the construction process, compaction, and moisture content at the construction site, the uniformity of the modulus of the roadbed cannot be effectively guaranteed. In addition, the repeated effects of the vehicle load, the unevenness of the rebound modulus of the roadbed Will be more significant, seriously affecting the normal use of pavement structure.In view of this, the treatise uses the Huangshi Expressway to rebuild and expand the K284 + 240-K284 + 260 subgrade in the Gaocheng to Shijiazhuang section as the engineering background. Through the laboratory test and field test methods, the uneven distribution of the elastic modulus of the roadbed is studied. The three-dimensional finite element model of the subgrade rebound modulus is established based on the meta software, and the influence of the subgrade rebound modulus on the dynamic response of the asphalt pavement structure is studied. The main work of the thesis includes:(1) Analyze the influencing factors of the rebound modulus of the roadbed filler, and establish the relationship between the dynamic and static rebound modulus. On the basis of determining the basic physical properties of the roadbed filler in the test section, the bearing plate test and the dynamic triaxial test are performed. The influence of water content, compaction, confining pressure, deviator stress and spring modulus was studied, and the relationship between dynamic and static spring modulus was established.(2) The field load of California bearing ratio CBR was used to study the uneven distribution of roadbed modulus. In the analysis of the uneven distribution characteristics of the roadbed, the data consistency statistic value h between lanes and the data consistency statistic value k in the lane are used to quantitatively analyze and evaluate the unevenness of the roadbed modulus.(3) The finite element software Abaqus is used to establish the finite element model of the subgrade rebound modulus. In the modeling process, the cosine functionis used to represent the wavy distribution state of the subgrade rebound modulus. The distribution state of the spring modulus under different conditions is written as the target subroutine and substituted into the finite element software to establish the subgrade rebound mode. 3D finite element analysis model of asphalt pavement with varying volume.(4) The influence of the roadbed rebound modulus on the structure of asphalt pavement under moving load is analyzed. The dynamic response of asphalt pavement structure with different wavelengths, amplitudes and vehicle speed changes of subgrade rebound modulus is studied. Based on the research results, the standard recommended values for the control of uneven elastic modulus of asphalt subgrade at different design speeds are proposed.Keywords: subgrade, rebound modulus, asphalt road, dynamic response目 录第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 路基土回弹模量影响因素现状分析 (2)1.2.2 路面结构动力响应现状分析 (5)1.2.3 路基回弹模量不均匀分布对路面性能现状分析 (6)1.3 论文主要研究内容及技术路线 (7)1.3.1 主要研究内容 (7)1.3.2 技术路线 (7)第二章路基填料的基本物理指标试验 (9)2.1 颗粒分析试验 (9)2.2 液塑限试验 (11)2.3 击实试验 (14)2.4 验证室内物性指标 (16)2.5 本章小结 (17)第三章路基填料动静回弹模量试验研究 (18)3.1 试验方法选取 (18)3.2 静态回弹模量试验 (18)3.3 动态回弹模量试验 (19)3.3.1 试验参数确定 (19)3.3.2 制备试样与采集数据 (20)3.4 静回弹模量试验结果分析 (24)3.4.1 静回弹模量与含水率的关系 (24)3.4.2 静回弹模量与压实度的关系 (25)3.4.3 室内静模量与现场静模量结果分析 (26)3.5 动回弹模量试验结果分析 (27)3.5.1 动回弹模量与含水率的关系 (27)3.5.2 动回弹模量与压实度的关系 (28)3.5.3 动回弹模量与应力的关系 (29)-I-3.6 建立路基动、静模量关系式 (31)3.7 本章小结 (33)第四章基于加州承载比CBR的路基回弹模量不均匀性研究 (34)4.1 基于加州承载比CBR的路基不均匀性现场调查 (34)4.2 模量的确定及不均匀性评价方法 (35)4.2.1 模量的确定 (35)4.2.2 横向不均匀评价方法 (35)4.2.3 纵向不均匀评价方法 (36)4.3 路基回弹模量不均匀性数据研究 (37)4.4 本章小结 (45)第五章沥青路面三维有限元模型建立 (47)5.1 选取路面结构参数 (47)5.2 动荷载波形选取与实现 (48)5.3 轮胎与路面荷载接触形式 (52)5.4 阻尼参数的选取 (53)5.5 模型尺寸及边界条件 (53)5.6 路基回弹模量不均匀分布的模拟 (55)5.7 有限元模型验证 (58)5.8 计算结果验证 (59)5.9 本章小结 (63)第六章路基回弹模量变化对沥青路面结构的动力响应研究 (65)6.1 路基回弹模量变化波长对沥青路面结构动力响应的影响 (65)6.1.1 波长变化对面层层底拉应变的影响 (65)6.1.2 波长变化对底基层拉应力的影响 (67)6.2 路基回弹模量变化波幅对沥青路面结构动力响应的影响 (68)6.2.1 波幅变化对面层层底拉应变的影响 (68)6.2.2 波幅变化对底基层拉应力的影响 (70)6.3 行车速度变化对沥青路面结构动力响应的影响 (72)6.4 路基回弹模量变化的控制措施 (77)6.5 本章小结 (79)第七章结论与展望 (81)7.1 结论 (81)-II-7.2 展望 (81)参考文献 (83)致谢 (87)个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文 (88)-III-第一章绪论1.1 研究背景及意义国务院发布的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》的数据显示,预计到2020年末,公路通车总里程达到500万公里,高速公路通车里程达到15万公里。
城市道路路面设计中的土基回弹模量值

城市道路路面设计中的土基回弹模量值吴祖德(常州市市政工程设计研究院有限公司)内容提要在城市道路路面设计中,应综合诸多因素来确定设计的土基回弹模量值。
本文介绍土基回弹模量的确定方法,供设计人员参考。
关键词土基回弹模量城市道路0前言我国道路路面设计方法中,路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量,它是我国路面设计中的重要力学参数,它的确定直接影响到其他参数的选择与结构设计的结果。
本文主要叙述对土基回弹模量的确定及其变化对沥青路面路基工作区的影响分析。
1设计土基回弹模量确定因素分析1.1首先是根据规范要求,不能低于要求的设计值1.1.1《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)表11.1.2《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)表1.1.3《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)1.2根据设计工程所在地区所处自然区划查表法估计土基回弹模量参考值如江苏省在自然区划W 1、W 1a,摘录列于表5中:经整理后见下表:表6江苏省不同干湿状态下的土基回弹模量值注:1) c 为土的平均稠度值;2)过湿状态的回弹模量是推算值(图1 )。
过湿状态的回弹模量是推算值1.3由于城市道路的路床顶面的 80cm 范围大部分接近于地下水位,路基土均处于过湿状态,路基土的土基回弹模量均为 15MPa 左右,不能作为设计所用的土基回弹模量值,均要经过处理后,才能达到设 计采用值,并结合路床土在路基工作区范围,要求达到规定的压实度要求,一般采用翻挖回填压实, 采用6%石灰土处理。
对土基进行处理时,处于过湿状态假定E o =15MPa 当用20〜100cm68石灰土处理时,经计算得出处理层顶面的弯沉值,再经换算成顶面的土基回弹模量值,见下表:403020100. 100.?00. 300.400.500.600.70 0.800.901.001. 101.20 Wc0. 75表8 常州地区各种设计土基回弹模量值的6%石灰土处理厚度表按此处理方法,当路基工作区(规范要求的压实深度)为80cm时,则土基回弹模量值已经达到34MPa,已经满足于《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012 )的要求,不应小于30MPa和不应小于20MPa的要求。
道路土基回弹模量及其在路面结构中的影响

道路土基回弹模量及其在路面结构中的影响摘 要 本文介绍道路土基回弹模量确定方法及其自身的影响因素,并经综合分析,对道路土基模量在沥青路面和水泥路面结构中的作用、地位及其影响因素,特别是借鉴对常州地区的沥青路面的综合分析,有助于设计人员进一步经济、合理地搞好道路的路面设计。
关键词 土基回弹模量 土质 含水量 压实度 季节变化 常州情况1 前言我国水泥混凝土路及沥青混凝土路路面的设计方法中,在路面结构设计中路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量,它是我国路面设计的重要力学参数,它的确定直接影响到其它参数的选择与结构设计的结果。
由于土基的受力特性是由构成土基的物理性质与土受力时的非线性决定的,所以土基的应力—应变关系呈非线性,它的弹性模量是一个条件变量,是随应力—应变关系改变而变化的。
为了使设计方法不复杂化,必须根据土基在路面结构中的实际工作状态对其非线性的性质作相应的修正或简化处理,再加上受土基物理性质的影响,环境因素的影响,土基回弹模量是一个关于土的类型、含水量、压实度以及荷载类型、作用时间等的复杂函数,使其数值的确定比较困难,尽管多年来不少研究者致力于此方面的研究,但目前仍存在不少问题。
本文主要叙述对土基回弹模量的确定,及其变化对沥青路面与水泥混凝土路面的影响分析。
2 土基回弹模量的确定2.1 承载板现场实测法 是在已建成路基上,在不利季节用大型承载板测定土基0~0.5mm (路基软弱时测至1mm )的变形压力曲线,通过φ30cm 的承载板,对土基逐级加载、卸载的方法,测出每级荷载下的相应的土基回弹变形值,排除显著偏离的回弹变形异常点,绘出荷载P 与回弹变形值L 的P-L 曲线,如曲线起始部分出现反弯应按图1修正原点O ,O ’则是修正后的原点。
图1 修正原点示意图最后取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法由式(1)计算求得土基回弹模量E 0值。
()2001·4μπ-=∑∑iiLP DE (1) 式中:E 0—相当于各级荷载下的土基回弹模量值(MPa );μ0—土的泊松比,土基一般取为0.35; D —承载板直径(30cm );P i 、L i —承载板各级压强(MPa )及其对应的回弹变形值(cm )。
城市道路路面设计中的土基回弹模量值

城市道路路面设计中的土基回弹模量值吴祖德(常州市市政工程设计研究院有限公司)内容提要在城市道路路面设计中,应综合诸多因素来确定设计的土基回弹模量值。
本文介绍土基回弹模量的确定方法,供设计人员参考。
关键词土基回弹模量城市道路0 前言我国道路路面设计方法中,路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量,它是我国路面设计中的重要力学参数,它的确定直接影响到其他参数的选择与结构设计的结果。
本文主要叙述对土基回弹模量的确定及其变化对沥青路面路基工作区的影响分析。
1 设计土基回弹模量确定因素分析1.1 首先是根据规范要求,不能低于要求的设计值1.1.1《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)注:要求路床应处于干燥或中湿状态。
1.1.2《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)1.1.3《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)1.2 根据设计工程所在地区所处自然区划查表法估计土基回弹模量参考值如江苏省在自然区划Ⅳ1、Ⅳ1a,摘录列于表5中:经整理后见下表:表6 江苏省不同干湿状态下的土基回弹模量值注:1)c W 为土的平均稠度值;2)过湿状态的回弹模量是推算值 (图1)。
图1 过湿状态的回弹模量是推算值1.3 由于城市道路的路床顶面的80cm 范围大部分接近于地下水位,路基土均处于过湿状态,路基土的土基回弹模量均为15MPa 左右,不能作为设计所用的土基回弹模量值,均要经过处理后,才能达到设计采用值,并结合路床土在路基工作区范围,要求达到规定的压实度要求,一般采用翻挖回填压实,采用6%石灰土处理。
对土基进行处理时,处于过湿状态假定E 0=15MPa ,当用20~100cm6%石灰土处理时,经计算得出处理层顶面的弯沉值,再经换算成顶面的土基回弹模量值,见下表:表7 常州地区6%灰土处理地基厚度值计算表表8常州地区各种设计土基回弹模量值的6%石灰土处理厚度表按此处理方法,当路基工作区(规范要求的压实深度)为80cm时,则土基回弹模量值已经达到34MPa,已经满足于《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)的要求,不应小于30MPa和不应小于20MPa的要求。
道路土基回弹模量及其在路面结构中的影响

变化对沥青路面与水泥混凝土路面的影响分析 。
1 土基 回弹模量 的确定
1 . 1 承 载 板现 场 实 测法
承载板现场 实测法是在 已建成路基上 ,在不 利季 节 用 大 型承 载板 测 定 土 基 0~0 . 5 mm( 路 基 软 弱时测至 1 m m)的变形压力 曲线 ,通过 3 0 c m 的承载板 , 对土基逐级 加载 、 卸载 的方法 , 测 出每 级荷 载下 的相 应 的土 基 回弹变 形 值 ,排 除显 著 偏 离的回弹变形异常点 , 绘出荷载 P与 回弹变形值 L
P i 、 L i — —承载板各级压强( M P a ) 及其对应的 回弹 变形 值 ( c m) 。 E 。 值大多数呈微 凸形 , 少数( 土较干而密实时) 具有近似线性关系。因而 , 回弹模量值仍是 随着荷 载压力 而减小 的变量 ,应 按路基 实际受 到的压力 ( 或 回弹弯沉 ) 大小来取值 。 但承载板试验至什么情 况结束 , 现在没有统一的做法 。对与干燥 、 中湿状 态路基 的应力 、应变 P~ L曲线基本为线性关系 , E 。 值的变化不 大, 基本是稳定 的。 对高速 、 一级 、 二 级公 路半 刚性基 层 沥青路 面 , 由于路 面较厚 , 模量 较 高, 交通荷载传递到路基的受力往往小于 0 . 1 M P a , 变 形小 于 0 . 3~O . 5 m m。虽 然可 采 用 0 . 1 MP a前 的 应力一应变曲线计算 E 。 值, 但因其应力小 变形小 ,
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路基回弹模量对路面结构力学性能影响的数值分析
本文从基础理论出发,对路基回弹模量对路面结构力学性能的影响进行了数值分析研究。
文中首先介绍了路基回弹模量的基本概念;然后介绍了路基回弹模量对路面结构力学性能的影响,以及路面结构力学性能对路基回弹模量的影响;最后,采用实验方法进行验算,并对研究结果进行了分析,以期对路基回弹模量和路面结构力学性能间的关系进行深入的研究。
一、路基回弹模量的基本概念
路基回弹模量是指路基在一定荷载下反弹到正常状态所需要的力。
它具有两个重要特性:一是路基上装载荷载时弹性变形量较小,变形恢复时路面自行回复到原始状态;二是路基弹性变形过程中,能量的损失几乎为零,也就是说,装载一段时间后,路基的弹性变形程度几乎与装载前没有区别。
路基回弹模量的实验测定也十分重要。
根据国家标准规定,使用简单且经济的砂弹簧试验机对路基的弹性模量进行测试,从而获得对应的回弹模量值。
二、路基回弹模量对路面结构力学性能的影响
路基回弹模量可以作为一个量化指标表征路面结构的力学性能。
路基回弹模量高度直接影响路基表面的摩擦力、静摩擦角和抗滑系数。
一般规定,路基回弹模量越高,路基抗滑系数也就越大,这样比较符合实际情况。
路基回弹模量还可以反映路面的耐久性能,回弹模量越高,路面
的机械强度越大,路面的耐久性就越强。
路面回弹模量可以直接反映路基与路面的某种结合力。
三、路面结构力学性能对路基回弹模量的影响
路面结构的力学性能也能直接影响路基回弹模量。
路面结构的强度、稳定性、抗滑性等性能和路基回弹模量之间存在着密切的联系,这些性质大大影响着路基材料的结构强度和弹性模量。
四、验算实验
为了证实前述的研究结论,本实验采用了简单的砂弹簧试验,对模拟的路基样本进行了实测。
实验结果显示,随着路面结构力学性能的提高,路基回弹模量也显著增加,路面结构力学性能与路基回弹模量之间具有很强的相关性。
由此可见,路基回弹模量可以作为一个直观和准确的指标评价路面结构力学性能。
五、结论
本文对路基回弹模量对路面结构力学性能的影响进行了数值分
析研究。
文章通过实验测试和分析验证了路基回弹模量和路面结构力学性能之间的关系,从而为路面结构力学性能的评估提供了参考。
未来研究应进一步强调路面结构力学性能和路基回弹模量的量化描述,以及它们之间的相互影响,探索出一个更加准确有效的路面结构力学性能评估模型。