层间接触状况对半刚性基层沥青路面力学响应影响分析.doc

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1、层间接触状况对半刚性基层沥青路面力学响应影响分析【摘要】层间接触不良会导致路面开裂、层间推移、车辙等破坏状况，而我国现行的公路沥青路面设计规范是以层状弹性体系为基础，因此研究层间接触状况具有很高的工程价值和现实意义。以EverStressFE软件为建模工具，建立了沥青路面的三维结构模型，考虑层间接触连续，层间接触不连续，一层连续、一层不连续等四种层间接触情况，从点、线、面、体四个方面来对比分析四种不同层间接触状况对路面结构弯拉应变、路表弯沉、整体变形等力学响应的影响，结果表明：层间接触不连续时，路表弯沉、各结构层底弯拉应变以及结构层间各方向上的应变均出现了不同程度的增长，且面层与基层

2、的不连续接触比基层与底基层的不连续接触对路面结构的破坏影响更大。【关键词】层间接触条件；半刚性基层沥青路面；EverStressFE；力学响应三维结构模型1.引言目前我国现行的公路沥青路面设计规范是以层状弹性体系为基础。层状弹性体系假定沥青路面各结构层之间的接触面完全连续⑴。但是，实际道路中层间接触状态非常复杂，如果忽视层间结合的结构要求，或者没有有效的材料与工艺来实现层间粘结处理，层间结合面就会成为路面整体结构的薄弱环节，导致路面开裂、层间推移、车辙等破坏。沥青路面作为我国的典型路面形式，对于层间接触状况的研究具有很高的工程价值和现实意义。国内外众多学者对沥青路面的层间接触问题进行

3、了相关研究，安兴华等人用基于快速拉格朗日有限差分法的FLAC软件，考虑层间部分接触状况，建立路面结构三维弹性层状体系模型，指出层间接触不良会导致路表产生推移和拥包，沥青层底面的切应力会因层间接触条件的不同而改变［2］；宋学艺等人用BISAR3.0软件对半刚性基层沥青路面进行研究，得出层间接触状况改善，荷载对沥青路面力学响应的影响越小［3］；本文选用沥青路面力学3D专业有限元软件EverStressFE进行建模研究，这可克服传统的大型通用有限元软件，如ABAQUS、ANSYS等，模型建立复杂,计算耗时过长，针对性不强等问题，同时能在一定程度上减少了科研的成本。2•沥青路面结构的三维模型

4、建立2.1路面结构形式和荷载说明根据工程实际，拟定半刚性沥青路面结构形式，具体参数如表1所列。本次分析中，选用单轴双轮组荷载(lOOkN),接地压力为7OOkPa,单轮额定荷载为25kN,采用双圆垂直均布荷载的接地压力形式，单轮接地面半径为10.7cmo2.2有限元模型根据轮载作用形式的对称性，本文所用三维有限元软件EverStressFE将模型进行简化，即选取双轮接地面的1/4作为模型的荷载作用部分，将模型有限域的尺寸定为lmXlmX1.83m,整个有限元网格被划分为5320个单元，24143个节点。为了提高计算精度，轮载作用的局部区域设置的网格较为密集(=400mm,=551mm

5、),沿方向和方向均为9个节点；轮载区域外的网格设置得较为稀疏，沿方向和方向均为6个节点。边界条件可假设为：轴和轴方向均为无限边界，沿轴方向为受约束的自由边界。2.4路面各结构层层间接触状况本文所用软件EverStressFE中，层间接触条件以界面刚度(单位为)表征：当=0时，层间接触条件为连续；当=1时，层间接触条件为不连续。为了对各层之间的接触关系进行全面分析，本文拟取四种不同的层间接触状况，其中第一种为各结构层层间接触连续，记为；第二种为各结构层层间接触不连续，记为；第三种为面层与基层之间接触不连续,基层与底基层之间接触连续，记为；最后一种为面层与基层之间接触连续，基层与底基层之

6、间接触不连续,记为。3.模型计算结果与分析通过对以上四种层间接触状况的模拟计算，得到在这四种状况下半刚性基层沥青路面的力学响应。下面将从点、线、面、体四个方面来对比分析四种不同层间接触状况对路面结构弯拉应变、路表弯沉、整体变形等的影响。3.1路表弯沉云图由图1可知，四种不同层间接触状况下的路面结构的路表弯沉分布大体一致，均呈现出圆形分布的特征。但可以发现，当层间接触不连续时，轮载作用区域的路表弯沉更大，(1,1)接触状况的路面其最大弯沉值较层间接触连续时增加了21.6%,(1,0)与(0,1)接触状况的路面其最大弯沉值较层间接触连续时分别增加13.2%和5.6%o由此可见，层间接触状

7、况对路表弯沉的影响很大,且面层与基层的不连续接触引起的弯沉比基层与底基层不连续接触引起的弯沉大。3.2沥青层底及半刚性基层底的两个方向上的最大弯拉应变、由表2可知，四种层间接触状况下的路面结构各结构层底的最大弯拉应变均出现大于。但可以发现，当层间接触状况为（1,1）时，沥青层底的最大弯拉应变较层间接触连续时出现了高幅度的增长，最大增幅达到3.96倍，而半刚性基层底的最大弯拉应变较层间接触连续时也增长了1倍。（1,0）接触状况产生的弯拉应变比（0,1）接触状