超载对半刚性基层沥青路面力学响应的影响

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1、应用研究超载对半刚性基层沥青路面力学响应的影响王殿会郝欣欣(中交第一公路工程局厦门工程有限公司，福建厦门361021)摘要：根据调查可知，我国公路上运行的货车存在一定程度上的超载现象，而超载对半刚性基层沥青路面结构的影响很大。为了指导半刚性基层沥青路面结构设计，本文建立了基于实体轮胎模型的半刚性基层沥青路面有限元模型，并对胎压变化和轴载变化下半刚性基层沥青路面的力学响应进行了分析，分析结果表明：胎压变化主要对中、上面层受力影响较大。而轴栽变化对各个结构层的受力均较大，且轴载变化对路面结构的影响远远大于胎压变化。因此，在半刚性基层沥青路面设计中应格外注意上、中面层材

2、料的选择和设计，并应特别注重半刚性基层沥青路面结构对轴载的适应性。关键词：半刚性基层沥青路面；超载；胎压；轴栽；力学响应中图分类号：u416．2文献标志码：A文章编号：1674—3024(2014)6—226一03刖昌总所周知，半刚性基层沥青路lAi具有优良的承载能力和经济性，因此我国沥青路而的结构型式主要以半刚性基层沥青路而为主，但现有的研究成果表明，超载对-半刚性基层沥青路面的影响很大。因此研究半刚性基层沥青路面结构在重载卜

3、的力学响应情况非要必要。为了指导半刚性基层沥青路而结构没计，本文以目前我闻高速公路常用的半刚性基层沥青路面代表，采用有限元软件ANsYs

4、建立了基于实体轮胎模型的半刚性基层沥青路面结构有限元模型，并对重载作用下半刚性基层沥青路面的力学响应规律进行研究。1路面力学模型建立本文力学分析时选用的路面结构见图l所示。麟豳麟嬲懋黼黼㈣艨圈缫黼溺鬻黼}j．。?，。，‘⋯瓷’●M卜。‘。一●}ytlt：t征青马蹄鹰醉石=卜矗辫器萎酾青满鞋￡L(^I’20’}∞cR沥青撞定译百r^TE一∞，I冬ll二仁冈0。El-J1∈J去沥青路而2占干{J依据图l所示结构，本文采用ANsYs有限元软件，在弹性层状系统理论的基础上，仅考虑材料的线性特性。建立力学分析所需的路面结构有限元模型。路面模型宽度采用4m(x力．向)、长度为

5、5m(z方向)，路面模型总深度取为6m(y方向)。各结构层材料采用八1，点的souDl85单元进行模拟。为了更真实的反映车轮荷载对路面结构的力学作用，本文巾的荷载模式通过实体车辆后轴轮胎施加。本文建模时后轴轮胎以米其林子午线轮胎315，80R22．5重；丐!!车用轮胎作为原型，建模时忽略轮胎花纹的影响。本文中模型的位移边界条什为：路而模型底而固定；路面四周水平位移为零；路表面为自由面，不进行任何约束；轮胎模型中约束轮辋水平阳的位移。带轮胎的路面结构模型见网2，带约束及加载的路而结构模型见图3。226建筑建材装饰带约束及加载的路而模型模型中各部分结构材料参数取值见表

6、l，其中轮胎部分参数参考文献[5】取值。表l模型各部分材料参数取值厚度模最E(MPa)密度泊松层号材料名称h(cm)20℃15℃k{；，m3比垂沥青马蹄脂碎石—SMA—134130014002400O_35中粒式沥青混凝土61200170025lOO-35AC一20路面沥青稳定碎石ATB结构一30lOl0()o13002505O．35部分水泥稳定碎石(水泥32110035002077O．25剂量5％)水泥稳定碎石(水泥18100030002077O．25剂量4％)土基401700O．35胎冠帘布172．2E359000．30轮胎胎侧帘枷9．87E311250-30

7、部分轮胎橡胶300O．49910250．499轮辋2E546000．202路面力学响应分析本文通过改变轮胎参数，例如胎压变化或轴载变化，来模拟车辆超载特性。力学分析中假设各结构层之间完全连续，各结构层材料参数见表l，交通参数根据实际调查结果确定。2．1胎压变化根据我们调查轮胎胎压的变化情况可知，公路上所运行的车辆轮胎胎压基本都在0．7～1．30MPa之问，所以本文在力学进行分析时，交通荷载参数取值见表2。表2交通荷载参数取值情况O．700．951．15胎压O．75胎压1．00胎压1．200．80(MPa)1．05(MPa)1．25(MPa)0．851．10I．30

8、0．90备注：后轮轴载统一取100kN不同胎压作用下路而结构的力学响应情况见图4～图9。一0275lo2，；sn7b5要026譬。2s。““9胎压■pd)1。1。{路表最大弯沉随胎K变化2014年第6期善≥一．一—一。”F_m_“Hh_m_埔翻E黑想)∞0。t“cm图5各层层底最大拉应力随胎jK变化+r而展—●卜咋而展"}而晨．●—pp—。川_—-_-—-_．-●d--—’_p●_H胎压(M～)皋l6沥青层底最大托应变随胎压变化-+一上面层+中面层⋯下匣层一上基层～下基层-P卜卜卜-_p卜卜卜卜H●●—P-—p●—p●_P+_．—p_网7各层横向最人剪应力随胎瓜变

9、化由图4我