基于时间硬化模型的路面车辙预估分析

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1、第38卷，第1期公路工程Vo1．38，No．12013年2月HighwayEngineeringFeb．，2013基于时间硬化模型的路面车辙预估分析陈苏，陈国佳(江苏省交通规划设计院有限公司，江苏南京210005)[摘要】为了对路面结构车辙发展进行定量的预估分析，本文建立了三维路面有限元模型，基于时间硬化的蠕变本构模型对三种典型结构的车辙进行了预估分析。结果表明，基于该模型的预估方法能够有效的模拟车辙发展。[关键词】车辙预估；时间硬化模型；非线性有限元[中图分类号】U418．68[文献标识码】A[文章编号]1674一O61O(2013)Ol-0190

2、-04RuttingPredictionAnalysisinAsphaltPavementsBasedonTimeHardeningTheoryCHENSu，CHENGuojia(JiangsuCommunicationDesignInstituteCo．，Ltd．，Nanjing，Jiangsu210005，China)[Abstract]ToanalysisruttingpredictioninasphaltpaVementsquantitatiVely，thispaperestablished3一Dfiniteelementmodelofpav

3、ement．Basedonthetimehardeningtheory．ruttingofthreetypicalpave一，mentstructuresusedonheavytrafficarecalculated．Theresultshowthat，themethodcouldeffectivelysimulatetheruttinggrowing．[Keywords]timehardeningtheory；tuttingprediction；FEM0引言中下层的优劣。1沥青混合料流变参数研究随着交通量以及车轮轴载的不断增大，导致了道路的早期车辙

4、增加，严重影响行车舒适性。目前沥青混合料是一种典型的粘弹性材料，其力学常用的试验手段对路面车辙能够做到一个定性的判特性随环境温度、荷载等条件的变化而发生显著变断，学界试图找到一个较为准确的定量预估方法，能化。选择合适的流变学模型来表征混合料在荷载作够使工程师在设计中采用更为合理经济的路面结用下的应力应变特性，是研究钢桥面铺装沥青混合构。但车辙研究中存在大量的非线性问题，而成为料抗永久变形性能的基础。难点之一。1．1沥青混合料流变学本构模型的选择非线性有限元法¨’可以克服层状理论体系的沥青混合料在荷载作用下的永久变形受温度、缺点，很好地模拟符合沥青混合

5、料应力应变特性的荷载应力的大小及作用时间等因素影响，在重复荷非线性粘弹性或粘塑性本构模型，计算路面结构在载的作用下，混合料会产生弹性、塑性、粘弹性和粘复杂条件下的力学响应，并且，随着计算机硬件水平塑性四种响应⋯，如图1所示。的飞速发展与数值计算方法的不断进步，有限元的如图1所示，在施加荷载的瞬间，沥青混合料产这些优点也进一步凸显出来。生瞬时弹性应变8。和塑性应变8。，并且，随着荷载故而本文针对目前重载路面中常用的路面结构作用时间的延长，混合料的应变继续增加，产生粘弹形式，基于时间硬化模型，采用Abaqus一6．91建立性应变占和粘塑性应变；在卸载的瞬

6、间，混合料了非线性三维有限元模型，对高温环境中车辙的发产生瞬时弹性恢复，随着时间的延长，部分粘弹性应变8逐渐恢复，而不可恢复的塑性应变s。和展进行了预估分析，并分析了不同沥青混合料作为【收稿Et期】2012—07—10【作者简介】陈苏(1987一)，女，江苏南京人，助理工程师，工学学士，从事路桥设计工作。第1期陈苏，等：基于时间硬化模型的路面车辙预估分析l9l=T，q，t)。(1)。，当采用Bailey-Norton规律分析沥青混合料的变形时，时间硬化蠕变模型的表达式为：8。，=ClqC2t，(2)式中：q为应力；t为时间；C。、C、C为依赖于温度的

7、模型参数，一般由材料试验确定，通常C：≥0，C≤1。图1粘弹性材料变形特性假定q不随时间t变化，有：’Figure1deformationcharacteristicsofviscoelasticmaterial'‘粘塑性应变即为沥青混合料的永久变形。在车；cr：孥：孥：C1C3qq1-；(3j)，辆荷载的循环作用下，永久变形逐渐累积，形成沥青令：路面的车辙。A=ClC3r随着施工工艺的改进和现代化设备的应用，由Jm=C2(4)瞬时压密导致的瞬时塑性应变在混合料车辙中所占【=C3—1。的比例越来越小，沥青混合料的变形主要是由弹性则有变形、粘弹性变形和

8、粘塑性变形构成的。尽管在理论上可以严格地区分沥青混合料的粘弹塑性变=Aqt，(5)形，但在正常的工作状态下，