高模量沥青混凝土路面力学数值模拟

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1、学兔兔www.xuetutu.com258科技研究城市道桥与防洪2011年6月第6期高模量沥青混凝土路面力学数值模拟邱自萍，郑木莲2,3(1．广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州510507；2特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安710064；3．长安大学公路学院，陕西西安710064)摘要：高模量沥青混凝土(HMAC)作为一种新型路面材料，具有模量高、抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性不强等优点，对于提高路面抗车辙能力非常有效。该文利用通用有限元软件ANSYS，对设置高模量沥青混凝土层的半刚性基层沥青路面的荷载响应进行数值模拟分析，结果表

2、明高模量沥青混凝土可显著抑制车辙的产生，并推荐出高模量沥青混凝土层的模量和厚度的合理范围。关键词：高模量沥青混凝土；车辙；剪应力；数值模拟中图分类号：U416．217文献标识码：A文章编号：1009—7716(2011)06—0258—030前言随着公路交通量增加和重载车辆增多，沥青路面车辙损害现象越来越突出，严重影响路面行车的安全性和舒适性，防治车辙问题已成为迫切需要解决的问题。近年来高模量沥青混凝土(HMAC)的出现，为解决车辙损坏提供了一个新的方案。HMAC作为一种新型路面材料，具有模量高、抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性不强等优点，对于提高路面抗

3、车辙能力非常有效。图1几何模型透视图本文通过力学数值模拟的手段，利用大型有限元软件ANSYS建立合理的计算模型，对高模量沥青混凝土路面结构进行分析，研究高模量沥青混凝土路面结构的应力、应变分布规律，分析了应用高模量沥青混凝土对路面力学性能的改善作用，并推荐出高模量沥青混凝土层的模量和厚度的合理范围。1计算模型与考察指标的确定本文利用ANSYS有限元计算程序，采用8节点各向同向实体单元SOLID45，建立空间三维模型进行路面结构的力学响应计算，建立的模型见图2网格划分透视图图1和图2所示。由于车辙产生的主要原因为结构剪应力和压2．2沥青中面层模量的影响密变形，所以本文

4、中选取剪应力(变)、压应力本文分析高模量沥青混凝土模量的提高对路面(变)作为考察指标。．抗车辙能力的影响。故只考虑中面层模量的变化对各项指标的影响，上、下面层仍然采用普通沥青混合2高模量沥青路面结构受力有限元分析料。取标准轴载BZZ一100，采用表1所列的主要计算2．1高模量层位的确定参数计算路面结构的受力状态，分析沥青中面层模根据有关研究I2j，从路面结构力学性能及降低量对沥青路面应力、应变的影响。计算中，固定沥青工程造价两方面综合考虑，将高模量层位设置在中面层厚度取值为5cm，计算结果如表2所列。路面的中面层。由表2可以看出：模量的变化会使得剪应力和压应力略有增

5、大，但同时会使得应变产生大幅收稿日期：2011-03—04度的降低，其中剪应变减小尤为明显。应变随中面作者简介：邱自萍(1981一)，女，山东人，硕士，从事道路工程层模量变化的趋势，开始阶段减小较快，随后变化幅设计及科研工作。学兔兔www.xuetutu.com2011年6月第6期城市道桥与防洪科技研究259表1计算参数表逐渐减小，当中面层厚度从2cm增大至12em时，剪应变从217．74t．ze减小至165．318，减小了24．08％。下面层的剪应变随着高模量层厚度的增加而逐渐减小，且减小的幅度逐渐减缓，当厚度从2cm增大到8cm时，剪应变最大值在下面层，其值从3

6、30．13￡减小到239．43￡，当厚度继续增大时，下面层剪应变仍然继续减小，并开始小于上面层的剪应变，即剪应变最大值转至上面层。随度趋于缓和。当模量从1200MPa增加到2400MPa着高模量层厚度的继续增大，中、下面层剪应变继时，剪应变减小了40．13％。模量从1200MPa增续减小，而路面结构内的最大剪应变即上面层的加到2000MPa时，模量每增加400MPa，剪应变剪应变基本不变。减小的幅度从19．44％减小到15．19％，模量继续(3)随着高模量厚度的增大，路面结构内的压增加到2400MPa，剪应变减小的幅度减小至应力基本上没有变化，但是中、下面层的压应变

7、减12．37％。模量再继续增大到3600MPa，每增加小很快，尤其在开始阶段减小得更为明显，继续增400MPa，剪应变减小幅度均小于10％。可以看大后，减小速度变缓。中面层厚度从2em增大到出，中面层模量存在一个较佳的取值范围而不是12em，下面层压应变减小了54．26％，但是压应变一味增大。适当增大中面层模量对减小永久变形十最大值在上面层且并无明显变化。分有效，但再继续增加，对于减小永久变形的效果由此可见，高模量层厚度增加能减小路面结便不再明显，而且从经济角度也不适用。根据计算构内剪应力。对上面层的剪应变和压应变几乎没结果分析，高模量取值范围在2000MPa一