文摘
传统上,坑坑洼洼主要是为维护,需要压实沥青混合料。但是由于施工质量问题,沥青混合料的压实程度可能还不够和沥青混合料的孔隙比可能不符合要求,导致的过早损坏,修复后的凹坑。如果修复材料可以预制,这个问题会得到解决。所以,基于结构的预制沥青路面的快速维护,本文旨在确定最不利荷载位置坑修复,由ANSYS软件建立有限元模型。结果表明,拉伸应力的最不利荷载位置对修补材料和联合充填材料是C1-1 (A2-2)和最不利荷载位置的剪应力进行联合和找平层B2-1 C1-5填充材料。随后,影响材料的模量、尺寸、厚度、和凹坑的旧路面材料模量计算通过使用有限元模型在最不利荷载位置。
1。介绍
凹坑是沥青路面最常见的疾病之一,他们会影响驾驶的舒适和安全,如果不及时修复1,2]。目前,沥青路面坑槽的维护方法一般分为冷修复,热修复、热再生修复。寒冷的修复,作为临时修复,建设时间短,可以快速开放交通。热修复和热再生修复,作为主要的修复方法,可以确保质量的壶穴维修和延长使用寿命。但是没有三种修复方法能满足快速开放交通的要求和良好的质量在同一时间。由于其效率高的优点,和高质量,预制装配式结构已广泛应用于土木工程。在道路工程中,预制水泥混凝土路面的研究成果为维护提供新想法凹坑在沥青路面3- - - - - -6]。
基于当前维护方法的沥青路面,伊桑·et al。7)计算了壶穴关节的应力状态下直接拉伸试验、间接拉伸试验,通过有限元分析和四点弯曲试验。杨et al。8建立了简化模型的壶穴复合梁的修复;计算表明,横向和纵向应力大幅增加关节的位置,所以开裂和脱胶是容易出现在这个位置。Byzyka et al。9)关注的问题缺乏持久性执行壶穴维修,其中许多来自主机路面加热不足在修复过程中,并使用一个三维有限元分析模型的温度分布热拌沥青(协会)壶穴维修。结果表明边界形成的修复酷大大快于中部地区,修复厚度有很大的影响。Zhang et al。10]关注现有壶穴结合表面的疲劳损伤修复结构,建立了疲劳损伤模型来分析物质损失的影响在壶穴修复结构;结果表明,修复复合梁的疲劳寿命通常是由粘接材料和应力比的影响。元等。11,12)采用观察树脂(二环戊二烯,C10H12)ruthenium-based催化剂开发控制属性兼容骨料和沥青粘结剂材料的微观力学分析。同时,发展多层次数值micromechanics-based模式来预测这些创新的粘弹性特性和动态模纳米树脂增强壶穴修补材料。大多数这些研究成果都是基于传统的维修方法,需要压缩和修复材料;如果可以直接用于现场修复材料压实,壶穴修复将节省时间和金钱。同时,减少新老路面的影响和温度在人行道上,提出了一种新的壶穴维护沥青路面结构,如图所示1。因此,沥青路面坑的工作分析力学特性维护是有意义的。
在这项研究中,建立了有限元模型,找到最危险的加载位置和计算材料模量的影响,厚度、片块,大小和路面材料在修复坑洞的结构,以提供理论支持的关键材料的发展对沥青路面坑和槽装配维护。
2。建立有限元模型
2.1。选择路面结构
根据高等级公路路面的结构和特点在中国,使用半刚性的基础和沥青路面典型结构选择建立模型。每一层的材料参数和厚度如表所示1。
2.2。模型参数
的X设在(横向方向的路)Y设在(旅游方向)道路模型的尺寸是5.54米和5.04米,分别和深度Z设在需要实际路面厚度4.76米。探索洞穴位于路中间的尺寸为1.5米×1米×0.05米,洞周围的接缝宽度是2毫米。有限元模型如图2(一个)。根据“高速公路沥青路面设计规范(JTG d50 - 2017),采用标准轴负载bzz - 100,轮胎接触压力是0.7 MPa,独轮接触等效圆直径是213.0毫米,两个轮子之间的中心距是319.5毫米。简化轮载荷后,这是一个20厘米×18厘米的矩形均布荷载,中心距是30厘米。负荷模型如图2 (b)。层之间的联系完全是连续的。SOLID45单元用于部门,除了上表面与所有约束。
(一)
(b)
3所示。数值仿真结果和分析
3.1。决心最严重的加载位置
3.1.1。加载位置
当车辆在路上,每一个点的修复材料在拉伸和压缩应力状态的交替变化。之间的剪切应力下,联合修补材料和坑壁和底部的关节表面的修补材料可能被破解。贴砖的抗拉特性,拉应力和剪切应力,和找平层的剪切条件主要是考虑。因此,本研究选择三种荷载作用形式(分别由A、B和C)作用于负荷中心的贴片的边缘块和负载作用于墙的外层和内部边缘关节和确定最不利荷载位置如图3。
3.1.2。计算和分析的最不利荷载位置
初步计算后,选择不同的荷载作用形式为最不利荷载位置分析根据不同的索引,和结果在图所示4- - - - - -11。从结果如图4和5可以看到,下面。(1)当负载类型A和C的变化水平位置贴砖,横向拉应力称为SX大于纵向拉应力称为SY,和SX逐渐降低的变化。此时,不利加载位置的拉应力C1-1补丁。(2)当负载类型的A和C变化纵向位置贴砖,SX大于SY, SX先增加,然后降低。在这个变化,横向拉应力SX拐点,拐点和荷载作用位置是A2-2。(3)加载位置的运动的两种形式和C显示横向拉应力SX大于纵向拉应力SY,补丁的最不利荷载位置拉应力是C1-1 (A2-2)荷载作用于内横墙联合,边缘和轮隙中心正值补丁的纵向边缘块。
从数据中显示数据6- - - - - -9可以看到,下面。(1)与联合充填三种载荷作用下的压力位置(A, B, C),联合充填的拉应力的最大值出现在C1-1。所以最危险的拉应力是C1-1加载位置。(2)形式的载荷作用下位置(B, C),最联合充填的剪切应力的最大值为0.9 MPa B2-1。这是因为补丁的弹性模量大于沥青路面表层的模量。
从数据可以看出10和11和表2,当负载类型A和C的变化水平位置贴砖,找平层的剪切应力的最大值C1-5;如果改变垂直加载位置,最大剪切应力的加载位置C2-2找平层可以满足,并通过比较最危险的境地是C1-5。
3.2。材料修补块模量对修复结构的影响
采用弹性层状理论体系的计算沥青路面;参与材料的参数主要是弹性模量和泊松比。沥青混合料泊松比仍相对稳定,当负载不够大。因此,本文只考虑维修材料的模量参数。我们选择原路面材料和高性能材料研究材料修补块模量对修复结构的影响,其模量范围从5000 MPa 25000 MPa。材料弹性模量的影响在贴砖和联合充填材料的拉伸应力数据所示12和13。从图可以看出12,补丁拉伸应力的增加逐渐增加的修补材料的模量。当修补材料的模量小,弹性模量从5000 MPa提高到8000 MPa,和补丁的拉应力增加9.48%。当弹性模量较大,补丁的拉应力增加1.88%时,弹性模量从22000 MPa提高到25000 MPa。这表明小模数补丁会导致明显的片块的拉应力的变化。从图13,当联合充填材料的弹性模量是常数,随着补丁的材料模量的增加,接头的拉伸应力填充材料将逐渐减少;原因是片块的变形能力变得更糟的增加材料的模量片块,其拉伸应变降低,联合填充物的拉应力也减少。结果表明,增加修复材料的模量可以减少负载的影响关节的拉伸应力填充材料。
考虑到补丁块材料的模量可能会改变的危险的加载位置联合充填材料的剪切应力,C1-2和选择B2-1分析补丁材料模量的影响在联合充填材料的剪切应力,结果如图所示14。从图14可以看出,联合充填材料的剪切应力与材料模量的增加逐渐降低补丁C1-2加载位置时,但它逐渐增加而增加的材料模量补丁加载位置时B2-1;两个加载位置的剪应力时相同的补丁材料模量约为14433 MPa。当E(材料模量)≤14433 MPa,不宜C1-2装入位置;当E> 14433 MPa, B2-1不利加载位置。图15显示了找平层的剪切应力的变化在修复块的模量从500 MPa 25000 MPa。从图中所示的结果15,可以看出找平层的剪切应力逐渐增加而增加材料模量的补丁。
3.3。修补厚度对修补结构的影响
在这项研究中,3厘米、4厘米、5厘米,7厘米,9厘米,10厘米深坑选择确定修补修补结构厚度的影响,1厘米的找平层设计每个坑的底部。数据16和17显示补丁块的拉应力的变化和联合充填材料在不同修补厚度。补丁的拉应力与片厚度的增加逐渐降低,如图16。然而,当坑的深度是5厘米,补丁的厚度是4厘米,补丁的拉应力只是通过增加的厚度减少了7.03%,这表明当补丁的厚度达到一定程度,补丁厚度不再是影响补丁的拉应力的主要因素。同时,联合充填材料的拉伸应力与片厚度的增加逐渐降低,如图17。当孔深度小于或等于5厘米,联合充填材料的拉伸应力下降明显与片厚度的增加,但联合充填材料的拉伸应力降低0.006 MPa时坑深度增加从5厘米到10厘米。这表明厚度的增加没有明显影响联合充填材料的拉伸应力的坑深度超过5厘米。
联合充填材料的剪切应力和找平层不同深度下的壶穴图所示18和19。如图18联合充填材料的剪切应力显示,这一趋势减少起初然后增加修复厚度的增加,转折点在哪里5厘米的片厚度。找平层的剪切应力首先降低,然后增加然后减少修复厚度的增加,如图19,这表明找平层的剪切应力的增加可以有效地减少厚度。片厚度是5厘米时,找平层剪应力与补丁相比会略有增加4厘米厚,因为沥青路面表层的厚度是4厘米,贴砖的厚度等于旧沥青路面表层,和旧路面的层间应力分布表层和中产表层影响找平层的剪切应力。
3.4。修理尺寸修复结构的影响
根据不同的损伤程度的壶穴,选择不同大小的影响研究壶穴的尺寸修复结构的力学性能。首先,水平维度不变和纵向维度不断增加。首先,水平维度不变1 m和纵向维度不断增加从0.3米到3米。其次,纵向方向上仍然维持在1米,横向维度增加从0.5米到2米。根据数据的结果20.和21横向尺寸不变时,拉应力的变化当凹坑的尺寸变化描述和水平维度时不变,补丁和联合充填材料的拉伸应力迅速下降开始慢慢变化的增加纵向维度。这表明当横向维度的坑是常数,增加纵向修复维度的坑可以减少负载对补丁的拉应力的影响和联合充填材料。当纵向尺寸是固定的,与横向维度的增加,补丁的拉应力将降低在刚开始的时候,然后增加。联合充填材料的拉伸应力降低,然后增加的趋势。这表明当坑面积大于1米2纵向维度不变,横向维度应该尽可能小。
修理尺寸对剪切应力的影响如图22和23。补丁的横向尺寸不变时,联合充填材料的剪切应力会增加然后减少纵向维度的增加。当纵向维度是常数,联合充填材料的剪切应力逐渐减小横向维度的增加,但剪切应力大于剪切应力的变化引起的纵向维度,这表明横向维度的变化有明显的影响联合充填材料的剪切应力。保持横向尺寸不变,纵向维度的增加将导致找平层的剪切应力增加,但找平层的剪切应力时只会增加0.008%的增加纵向维度从1米到3米,说明后续纵向维度的增加没有明显影响找平层的剪切应力。保持纵向尺寸不变,横向维度的增加,找平层的剪切应力降低首先然后不断增加,这表明横向维度不应该太小或太大。
3.5。路面材料模量变化对贴片结构的影响
SMA-13选择的材料上面层沥青路面。根据其他文件(13,14),路面材料模量变化的影响(从500 MPa 50000 MPa)贴片结构进行了研究。
数据24和25显示路面材料模量在拉应力的影响。如图24拉伸应力SX和SY补丁首次大幅减少,然后慢慢地,最后逐渐与路面材料的模量。当路面材料的模量小于或等于1000 MPa,纵向拉应力大于横向拉应力。当温度高和频率很低,路面材料的拉伸应力有明显的影响,和一个小模量的增加将导致大幅减少拉应力的补丁。当温度较低,频率高,路面材料的模量大大增加和补丁的拉应力减少3.39%,而路面材料几乎没有对补丁的拉应力的影响。从图25可以看出,横向拉应力SX大于纵向拉应力SY的联合充填材料,和联合充填材料的横向拉应力SX大幅减少,然后逐渐趋于平缓的逐渐增加,路面材料模量。当温度高或频率很低,路面材料的模量有明显的影响联合充填材料的拉伸应力,而当温度低和频率高,联合充填材料的拉伸应力没有明显的变化。
数据26和27显示原始路面材料剪切应力的影响。在图26,τyz>τxz,τyz与原有的增加迅速下降,然后慢慢路面材料模量B2-1加载位置时。然而,当C1-2加载位置时,τyz≈τxz,这些材料会逐渐随着路面材料模量的增加而增加。所以,当路面材料模量小于或等于10000 MPa,不利加载位置的剪应力共同B2-1填充材料,当它超过10000 MPa,不利加载位置的剪应力共同C1-2填充材料。剪切应力的结果对找平层图27表明,τyz是最最大值比τxy和τxz和τyz减少路面材料模量逐渐增加。当温度高和频率很低,找平层模量的增加迅速降低。当温度较低,频率高,找平层慢慢减少与模量的增加,和几乎没有明显的变化。
4所示。结论
根据典型沥青路面在中国,这项研究确定最不利荷载位置壶穴修复通过ANSYS建立有限元模型,分析了影响材料的模量、尺寸、厚度、和旧路面材料的模量凹坑,结果如下:(1)后修复坑洞,A2-2 (C1-1)是最不利荷载位置修复块的拉应力和联合填充料,B2-1是最危险的加载位置的剪应力联合充填材料,和C1-5是最不利荷载位置的剪应力找平层。(2)最危险的载荷作用下的位置,通过增加材料模量补丁,补丁块和找平层的压力明显增加,但联合充填材料的张力将削弱。的变异材料模量变化的最不利荷载位置切应力的联合充填材料。修复厚度的增加显然会削弱修复结构的压力。补丁的横向和纵向维度的变化会有不同程度的影响贴片结构的压力。高温条件下或低频率,再次修复障碍就是容易损坏。(3)修复坑洞时,应选择适当的维修材料。选择正确的大小和厚度、修复材料和路面材料应该具有良好的兼容性,以便提高坑的修复效果和槽。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是由“沥青路面快速维修技术研究,批准号2018 zkhx223。”