重载对沥青路面的力学响应分析.pdf

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1、垫!鱼生篁!曼期i萱簋!丝期)辽酉建堑一———————垄塑哩重载对沥青路面的力学响应分析●袁攀辉■重庆交通大学。重庆400074摘要：随着我国经济的发展和体制的完善，我国沥青路面的建设取得了巨大的发展，但同时也产生了越来越严重的重载和超载问题，不仅降低了沥青路面的使用寿命，也对其服务水平产生了较大的影响。因而，针对目前重载交通的现状，应用三维有限元基本方法并通过有限元软件得出相关的数据进行实际分析，对重载沥青路面的受力响应特点意义重大。关键词：重载沥青路面有限元分析力学响应由于经济的快速发展，车辆越来越

2、普及，重载比例车辆的不断增加，随之而来的是交通量的日益增大，这给沥青路面使用和寿命提出了严峻的考验。长期的调查发现，面层采用沥青路面的公路会在使用一段时间后，出现不同程度的车辙、裂缝、沉陷和松散等问题，这些问题会严重影响公路的使用质量和寿命。为了减少病害、优化沥青路面结构设计、增加沥青路面使用寿命，国内外许多学者深入的研究与分析了沥青路面不同情况下的力学响应情况。沥青路面的力学响应大致经历了三个阶段的研究过程，其中包括：路面结构的静力响应研究，路面结构的动力响应研究以及对路面系统车辙的研究。由于对路面结

3、构在静荷载、动荷载作用下的路面力学响应和路面车辙的计算做了大量的研究和分析，因此，对沥青路面的力学响应分析已经取得了巨大的进展，但在研究过程中对荷载类型及路面模型的选取都过于简化，与真实路面并不符。对于路面车辙来说，温度的影响也非常重要，因为沥青是一类对温度具有高敏感性的混合料，所以其相关力学性能及力学参数都会随着温度的改变而改变。因此，合理地把上述的问题结合起来并引入到现有的路面力学理论计算中，能够得到更加高精度的路面力学响应解，由此来指导工程实践具有非常重大的意义。针对道路工程的动态响应问题不同学者

4、提出了很多车辆荷载模型。沥青路面其结构属于多层层状结构，对于不同的结构层其温度敏感性也不同，温度的改变对于沥青混合料的物理力学性能影响很大。基于弹性层状体系理论，建立沥青路面结构的三维有限元模型，通过不同条件力学响应的对比，可以模拟分析沥青路面结构层在不同重载下的力学响应。1有限元模型的建立1．1选取路面的结构形式通过已经设计好的路面结构来开展重载对沥青路面的受力响应的研究，路面结构的选取按已设计好的路面结构。1．2确定荷载图式及荷载大小在进行沥青路面的结构设计时我们通常采用的荷载图为双轮双圆式，并且以

5、两轮接地半径的三倍来确定两圆中心距，轮压的大小为标准规定的0．7MPa，这种荷载图式也是目前规范中规定的标准荷载的图式，根据在荷载作用下轮胎的挤压变形特点以及车辆的构造原理可以得到：随着轴重的不断增加，相应的接地半径及接地面积也会相应地增加，但轮胎间距是不会随超载程度的改变而改变，也就是说轴重的增加不会改变荷载两作用面的中心距。下面所列举的四种模式分别代表了标准轴载及不同程度的超载情况下荷载的作用方式。以往的调查结果表明，四种荷载模式中最能描述重载作用下路面受力的实际情况的是I；M和L两模式则代表了两种

6、比较极端的现象，即在轴重与气压等比增加时接地面积保持不变，接地压力也不变的情况下，轮胎接地面积却随着轴重的增加而变大；M、I、L三种模式包含了重载车辆作用下的所有情况；K模式为现行设计规范中所采用的标准模式。一般是用作实验数据和具体问题分析时的对比和验证。(1)M模式：该模型为表示在轮压和圆中心距一定时，随着轴重增加接触半径也增加。(2)L模式：此模型描述了圆心距一定时，随着轴载的增加接地面与轮压也增加。(3)I模式：此模型为在二者接触半径和两圆的中心距一定的条件下，随着轴重变化轮压等比变化。(4)K模

7、式：K图式为现行规范中的标准荷载图式，也就是双轮双圆式，其圆心距为三倍的接地半径，接地压力0．7Mp。本模型采用I模式，也即接地面积和轮压随着轴载的增加而增大，但圆心距保持不变的情形。此外，实际轮胎表面花纹组成各不相同，这样导致轮胎对路面的压力分布不均匀，这种不均匀的压力会引起荷载作用表面层层上应力分布比较复杂，如果在路面分析时采用非均布图式来模拟车轮荷载，则可得到更接近实际状况的响应结果，最理想的模型无疑是非均布荷载图式，但由于各种条件的限制，想测得地面与轮胎接触部位的非均布荷载十分困难。已有研究资料

8、表明，汽车的轮胎与地面接触的形状可以看作是两个半圆和一个矩形组成的荷载图示，在进行沥青路面结构力学分析时，可以近似地把接地形状简化矩形。本模型实验主要研究重载因素的作用，故选用六种轴载级别进行模拟分析．经计算得出不同轴载作用下接地压力和面积的参数。1．3确定模型的尺寸研究可选取四种模型尺寸分别进行标准轴载的计算，对计算结果中的最大压应力、路表最大弯沉以及最大拉应力作对比，结果显示改变模型的尺寸对压应力的影响不大，而路表弯沉受厚度方向影响较大