动态重载交通对沥青路面性能的影响.pdf

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1、工程应用文章编号：１００９－９４４１（２０１７）０１－００１９－０２动态重载交通对沥青路面性能的影响□□张丽娟（上海师范大学建筑工程学院，上海２０１４１８）摘要：针对我国典型半刚性基层沥青路面结构，建立了Ｐ（ｔ）＝Ｐｍｉｎｓｉｎ（πｔ／Ｔ）（４）ＡＮＳＹＳ三维动力有限元模型，研究了重载作用下沥青路面１２δ（结构的竖向弯沉、横向应力的动态响应规律，分析了重载路Ｔ＝５）ｖ面破坏机理。式中：Ｐｍｉｎ———车辆每个轮胎所受的荷载峰值，ｋＮ；关键词：沥青路面；动态重载；弯沉；受拉性能Ｔ———荷载作用周期，ｓ；中图分类号：Ｕ４１６．２２３；Ｕ４１６．２１７文献标识码：Ｂｖ———车辆行驶速度，

2、ｍ／ｓ；引言δ———轮胎接地面积当量圆半径，ｍ。目前，车辆高速、重载的特点日益显著，路面结２．２路面结构与材料参数本文对典型的半刚性基层沥青路面结构进行分构在实际动态重载作用下所呈现的力学性能通常与析。将路面各结构层视为连续介质、各向同性线弹传统的静态模型之间存在较大差异。本文建立了性材料，具体的道面结构厚度和材料参数见表１。ＡＮＳＹＳ三维有限元动力学模型，对移动重载作用下表的半刚性基层沥青路面结构的竖向弯沉、横向应力１路面结构组成及材料参数动力响应进行了计算，分析了重载路面破坏机理。结构层参数取值厚度模量泊松比密度３阻尼比ξ／ｃｍ／ＭＰａ／（ｋｇ／ｍ）１动力学分析理论基础沥青混

3、凝土面层１５１４０００．３５２２００采用瞬态动力学分析方法：二灰碎石基层４５１５０００．２５２１００．０．０５Ｍü（ｔ）＋Ｃｕ（ｔ）＋Ｋｕ（ｔ）＝Ｑ（ｔ）（１）级配碎石垫层２０２２５０．３５１９００．（式中：ü（ｔ）和ｕｔ）分别是系统的结点加速度和结点路基１００４００．４０１８００速度向量；Ｍ、Ｃ、Ｋ和Ｑ（ｔ）分别是系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和结点荷载向量，采用２．３有限元模型参数Ｒａｙｌｅｉｇｈ基于阻尼。求解方法采用ＡＮＳＹＳ有限元软件，选取八结点Ｓｏｌｉｄ４５Ｎｅｗｍａｒｋ－β直接积分法。单元进行动力分析。路基厚度取１０ｍ，在路面结构２路面结构三维有限元数值模型动力响

4、应分析中采用固定边界条件设置。２．１荷载参数３重载作用下动力响应在路面结构中采用比利时公式描述轮胎接地压力和接地面积的分布规律随轴载增加的变化规律［１］：Ａ＝０．００８Ｐ＋１５２（２）为分析以一定速度运行的车辆在重载作用下路ｐ＝Ｐ＝Ｐ２（３）面结构的动力响应特征，本文选取荷载参数为：行驶Ａπδ速度为６０ｋｍ／ｈ、单轴双轮轴载２２０ｋＮ。其中计算式中：２Ａ———轮胎接地面积，ｃｍ；点０、０．５、１、２、３、４为轮隙中心正下方的点，分别位δ———轮胎接地面积当量圆半径，ｍ；于路表、面层中部、面层底部、基层底部、垫层底部、Ｐ———每个轮胎所受的荷载，ｋＮ；路基顶部以下３ｍ处。ｐ———轮

5、胎接地压力，ＭＰａ。３．１动载作用下的竖向位移采用正弦分布荷载模拟作用于路面上的车辆荷路表弯沉是我国各版设计规范中的主要设计指载［２］：标，它是路面整体结构（包括路基）在荷载作用下的建材技术与应用１／２０１７·１９·竖向位移量，反映了路面整体结构的抗变形能力和为拉应力，随后拉应力随着深度的增加而增加，最大使用状况。横向拉应力出现在基层底部，为０．１２ＭＰａ。根据现图１为行驶速度为６０ｋｍ／ｈ、单轴双轮轴载行规范，半刚性基层材料的劈裂强度变化范围为２２０ｋＮ作用下，轮隙中心正下方各点的竖向位移时０．２５～０．３５ＭＰａ，所以在目前国内的重载水平下，极间历程曲线。图２为轮隙中心正下方

6、各点竖向位移限荷载一次作用导致路面基层开裂的现象基本不会峰值沿深度变化的曲线。由图１和图２可知，在深发生，半刚性基层、底基层仍以疲劳开裂破坏为主。度方向，沥青面层竖向位移最大，随着深度的增加，竖向位移呈减小趋势，在路基上部的竖向位移值已经较小。由于材料阻尼的作用，各深度处位移峰值出现时间不同，沿深度方向向后推迟，其中路面结构最大竖向位移发生于距路表７．５ｃｍ处，位于沥青面层的中部，但面层顶部与中部的竖向位移值相差不大。考虑到路面竖向位移的测量更为简单方便，所以仍以路表弯沉作为研究对象。在轴重为２６０ｋＮ时，路表面最大弯沉达到７１８μｍ，考虑到路表弯沉与路面结构的开裂、沉陷、车辙等

7、均有很大联系，因此要严格控制超载。图３轮隙中心正下方不同深度处各点横向应力时程曲线图１轮隙中心正下方不同深度处各点竖向位移时程曲线图４轮隙中心正下方各点横向应力峰值沿深度变化曲线４结论对于典型半刚性基层沥青路面结构，在承受重载动力作用时，路面结构仍需考虑路表轮隙中心处产生的弯沉疲劳破坏；半刚性基层、底基层仍承受拉应力，需考虑基层底面轮隙中心处的疲劳开裂。参考文献：图２轮隙中心正下方竖向位移沿深度变化曲线［１］黄文元，王旭东，孙立军．公路超载特征及重载沥青路面交通量参数［Ｊ］．公路