两种均布荷载作用下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析

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1、工程应用文章编号：１００９－９４４１（２０１７）０２－００１５－０４两种均布荷载作用下沥青混凝土路面结构力学响应的对比分析□□孙杰（山西水利职业技术学院，山西运城０４４００４）摘要：针对沥青混凝土路面结构的弹性层状体系理论计算方法和简化二维有限元计算方法，采用ＢＩＳＡＲ程序和１计算参数ＡＢＡＱＵＳ有限元程序，分别计算了双圆垂直均布荷载作用下本文分析的路面结构及参数，采用胡小弟等［１］沥青混凝土路面结构的力学响应和条形均布荷载作用下沥研究沥青路面结构力学响应所采用的路面结构，其青混凝土路面结构的力学响应，对比了由两种不同方法计算参

2、数见表１。的层底拉应力、层底拉应变和路基顶面压应变的异同。研究表１半刚性基层沥青混凝土路面典型结构及材料参数结果表明，沥青混凝土路面结构的简化二维有限元计算方法路面结构层厚度／ｃｍ弹性模量Ｅ／ＭＰａ泊松比不能等同于弹性层状体系理论计算方法。关键词：沥青混凝土路面；垂直均布荷载，条形均布荷载，路中粒式沥青混凝土４１２０００．３５表弯沉，层底拉应力，路基顶面压应变粗粒式沥青混凝土６１００００．３５中图分类号：Ｕ４１６．２１７；Ｕ４１６．２２１文献标识码：Ａ沥青碎石７７０００．３５水泥稳定碎石２５１４０００．２引言二灰土２７８０００．

3、２轴对称荷载作用下的弹性层状体系理论已经比土基∞３５０．４较完善，其理论是根据实践经验和分析要求对模型进行假设，应用力学知识导出模型的控制方程，然后２双圆垂直均布荷载作用下沥青混凝运用数学理论求解，得到路面结构在外部作用下的土路面结构ＢＩＳＡＲ程序计算应力和位移。我国沥青路面设计理论体系是双圆垂采用ＳＨＥＬＬ设计法的ＢＩＳＡＲ程序，计算双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状体系理论，属于轴对直均布荷载作用下沥青混凝土路面结构的力学响应。称弹性半空间体问题。计算采用标准双轮轴载１００ｋＮ，轮胎压力０．７ＭＰａ，对于双圆垂直均布荷载作用下

4、沥青混凝土路面轮压半径１０．６５ｃｍ，双圆中心距１５．９７５ｃｍ。计算结构的力学响应问题，根据弹性层状体系理论解的中假定层间完全连续，Ｙ方向为道路行车方向，Ｘ方计算软件ＢＩＳＡＲ或者三维有限元建模的分析方法向为横断面方向，Ｚ方向为深度方向［２］。在双圆均就可以得到解答。但发现一些文献对沥青混凝土路布荷载作用下，最不利的应力、应变空间位置必然在面结构的力学计算采用简化的二维有限元模型计道路的横断剖面上，因此在力学分析时只计算这个算，相当于将原来的双圆垂直均布荷载作用下弹性平面内点的力学响应［３］。以两个圆之间的中点为层状体系问题作

5、为条形均布荷载作用下的平面应变坐标原点，在横断面方向所取的坐标点见表２。问题进行求解。这在概念上是两个不同的问题，对表２计算取点坐标于两种不同方法求解出来的沥青路面结构的力学响应是否一致，也没有得到验证。Ｘ坐标／ｍ００．０５３２５０．１０６５０．１５９７５０．２１３０．２６６２５半径的倍数００．５１１．５２２．５针对此问题，本文对具有代表性的沥青混凝土路面结构分别采用以上两种方法进行力学计算，通３条形均布荷载作用下沥青混凝土路过基对顶比面分压析应路变表的弯异沉同、，层对底沥拉青应混力凝、土层路底面拉结应构变的和路简面结构有限元分

6、析化二维有限元计算方法的合理性进行验证，为以后沥青混凝土路面结构的简化二维有限元计算方相应的计算提供参考。法，相当于在沥青混凝土路面结构上作用无限长条建材技术与应用２／２０１７·１５·形均布荷载，荷载在宽度方向（即沿道路横断面方表４不同有限元模型计算的力学响应向）的分布如图１所示。宽度／ｍ５深度／ｍ２２．５３路表弯沉／ｍｍ２．３８３０２．８５９１３．２８５７沥青层底拉应力／ＭＰａ－１．１６９８－１．２１７２－１．２３５９路基顶面压应变－６２１４４．５７２０６９．０１２０４５．５６×１０从表４同样可以看出，模型深度范围对计算结图１

7、条形均布荷载沿道路横断面方向分布图果也有一定影响。这说明采用这种简化方法时，有两个荷载的分布宽度均为２１．３ｃｍ，中心相距限元模型本身的差异就会对计算结果产生影响。同时，网格划分的粗细，也直接影响计算结果的精度。３１．９５ｃｍ，荷载集度为０．７ＭＰａ。荷载在沿道路纵鉴于模型的尺寸范围对计算结果的影响较小，向的分布规律是相同的，即为条形均布荷载作用下的平面应变问题，因此建立二维有限元模型，计算中可以取宽度方向Ｘ为６ｍ，深度方向Ｙ为３ｍ的模假定层间完全连续。边界条件假定为：左右两侧边型进行分析，划分单元数为３８７２个，节点数为界固定

8、水平方向（１１８８１个，网格粗细划分适当。Ｘ方向）的位移，底边界固定Ｘ和Ｙ方向的位移。有限元计算模型如图２所示。４计算结果及分析４．１层底弯拉应力双圆垂直均布荷载作用下ＢＩＳＡＲ程序计算的层底弯拉应力见表５，条形均布荷载作用下有限元ＡＢＡＱＵＳ程序计算的层底弯拉