重载交通沥青路面数值计算分析.pdf

低 温 建 筑 技 术 2012年第 5期 (总第 167期) 重载交通沥青路面数值计算分析 曾志远’， 粟弼国。， 王福建 ， 屈吕文 (1．浙江大学建筑工程学院， 杭州 310058；2．南宁市建委。 南宁 530023； 3．浙江国途交通工程有限公司。 杭州 310016) 【摘 要】 采用三维有限元方法，选取柔性基层、半刚性基层和混合式基层三种不同的基层形式，对不同超 载比例、沥青层厚度和模量下沥青路面的力学响应进行了有限元模拟，选取沥青层底拉应变和基顶压应变为控制 指标，得出三种不同基层形式沥青路面结构达到长寿命所需的沥青层厚度。分析了中面层厚度改变对混合式沥 青路面结构的影响，为长寿命沥青路面的沥青层结构组合设计和研究提供理论参考。 【关键词】 沥青路面；超载；长寿命；有限元法 【中图分类号】TU528．42 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864(2012)05—0044—03 我国公路交通事业的飞速发展，运输车辆 中大型 运用ABAQUS大型有限元分析软件，采用三维有 货车的比重不断增加，汽车超限超载现象普遍存在， 限元的分析方法对路面结构进行线弹性力学分析。 在这种重载交通的作用下沥青路面早期损坏严重，路 考虑结构及荷载的对称性，计算中取路面结构的四分 面的使用性能降低 ，使用寿命也明显减少。 之一建立有限元模型，沿路面横 向方 向尺寸取为 文中首先引入矩形非均布荷载作用形式，针对三 2．5m，纵向方向长取为2．5m，厚度方向为6m。路面结 种不同的基层形式，运用ABAQUS有限元软件对其在 构的水平方向和深度方向取为有限尺寸，各结构层之 不同超载比例、沥青层厚度和模量下沥青路面的力学 间完全连续，应用三维实体单元进行网格划分，划分 响应进行了有限元模拟 ，选取沥青层底拉应变和基顶 结果如图2所示。模型对称面上仅给定水平方向的约 压应变为控制指标，得出了三种不同基层形式的沥青 束 ，底面为完全约束。 路面结构满足长寿命所需的沥青层厚度。接着改变 中面层的厚度，分析混合式基层沥青路面结构受中面 层厚度的影响。 LI l 1 计算荷载形式 L 司室 轮胎作用于路面的形状及垂直应力分布相当复 杂。根据国内有关学者的研究表明：轮胎作用于路面 丑 的形状随着荷载的增加越接近于矩形，并且在作用面 内的压应力的大小也随荷载的变化呈明显的非均匀 图1 荷载分布示意图 图2 路面结构有限元模型 分布。在超载时，轮胎作用于路面的压应力分布形式 为凹形分布 。 3 不同基层形式沥青路面有限元分析 文中将采用这种更接近与实际情况的矩形非均 3．1 计算参数和控制指标 布荷载形式，荷载分布形式如图1所示，其中三种压应 文中选取柔性基层、半刚性基层和混合式基层三 力值对应的分布宽度都为B／3。考虑到轮胎花纹的影 种不同的基层形式，计算时采用的基层总厚度为 响，实际的有效接地面积 比光滑胎面的接地面积要 40cm，沥青层厚度以2cm为增量变化，弹性模量在 小，本文采用 75％的折减。计算的车型为黄河JN150 1200—1800MPa间以200MPa的增量变化，泊松 比取 重型货车，经计算，黄河JN150货车在不同超载比例下 为0．35。具体计算参数如表 2所示。根据M