層間接觸狀況對半剛性基層瀝青路面力學響應影響分析

1、層間接觸狀況對半剛性基層瀝青路面力學響應影響分析項目編號：140118組內(nèi)成員：蘇芮、彭祖昭、李攀聰、文鴻、林維康指導老師：蔣鑫 副教授研究背景半剛性基層瀝青路面作為我國典型的路面結(jié)構(gòu)，其基層材料為無機結(jié)合料穩(wěn)定集料或土類材料，雖然具有一些突出的優(yōu)點：如強度高、承載力大、水溫性好；材料分布廣泛，易獲得；同時可以使面層厚度減小，大大降低工程造價。但隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，交通的發(fā)展也越來越迅速，伴隨而來的重載、超載、大交通量等現(xiàn)象越來越普遍，致使半剛性基層瀝青路面超負荷運行，從而使其普遍在設(shè)計年限的早期便出現(xiàn)車轍、裂縫、坑槽等破壞，表面功能大幅度衰減，不得不進行大面積維修研究背景目前我國現(xiàn)行的公路

2、瀝青路面設(shè)計規(guī)范是以層狀彈性體系為基礎(chǔ)。層狀彈性體系假定瀝青路面各結(jié)構(gòu)層之間的接觸面完全連續(xù)。但是，實際道路中層間接觸狀態(tài)非常復雜，如果忽視層間結(jié)合的結(jié)構(gòu)要求，或者沒有有效的材料與工藝來實現(xiàn)層間粘結(jié)處理，層間結(jié)合面就會成為路面整體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，導致路面開裂、層間推移、車轍等破壞。軟件模擬實驗研究手段傳統(tǒng)的大型通用有限元軟件，如ABAQUS、ANSYS等，模型建立復雜，計算耗時過長，針對性不強，在一定程度上增加了科研的成本，為此本項目選用瀝青路面力學3D專業(yè)有限元軟件EverStressFE，可較好的克服上述弊端。模型建立擬定路面結(jié)構(gòu)形式接地壓力形式荷載參數(shù)有限元模型路面各結(jié)構(gòu)層間接觸狀況本項

3、目結(jié)合我國瀝青路面設(shè)計規(guī)范，建立瀝青路面結(jié)構(gòu)的三維模型，對不同層間接觸狀況下的瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學響應進行計算分析。擬定路面結(jié)構(gòu)形式材料類型層厚（mm)彈性模量(MPa)泊松比面層瀝青混凝土18012000.35基層水泥穩(wěn)定碎石25015000.2底基層二灰土2007000.2荷載參數(shù)輪軸組合接地壓力（kPa）單軸額定荷載（kN）胎寬（mm）雙輪間隙（mm）軸距（mm）單軸雙輪700252253501250接地壓力形式 國內(nèi)的瀝青路面設(shè)計方法中，通常忽略諸多因素的影響，直接采用輪胎內(nèi)壓力作為接觸壓力，接觸面積簡化為圓形，接觸壓力均勻分布在荷載作用面內(nèi)。本文結(jié)合我國瀝青路面設(shè)計規(guī)范，采用雙圓垂直

4、均布荷載的接地壓力形式，如圖2所示，其中A、B兩點的距離r為雙輪中對中間隙，單輪接地面半徑為10.7cm。有限元模型根據(jù)輪載作用形式的對稱性，本文所用三維有限元軟件EverStressFE將模型進行簡化，即選取雙輪接地面的1/4作為模型的荷載作用部分，將模型有限域的尺寸（X，Y，Z)定為1m 1m 1.83m，整個有限元網(wǎng)格被劃分為5320個單元，24143個節(jié)點。為了提高計算精度，輪載作用的局部區(qū)域設(shè)置的網(wǎng)格較為密集（X=400mm，Y=551mm)，沿X方向和Y方向均為9個節(jié)點；輪載區(qū)域外的網(wǎng)格設(shè)置得較為稀疏，沿X方向和Y方向均為6個節(jié)點。邊界條件可假設(shè)為：X軸和Z軸方向均為無限邊界，沿Y

5、軸方向為受約束的自由邊界。路面各結(jié)構(gòu)層層間接觸狀況層間接觸面連續(xù)層間接觸面不連續(xù)面層K=0K=1基層K=0K=1底基層模型計算結(jié)果分析（1）路面結(jié)構(gòu)變形后網(wǎng)格圖（放大因子：1000）層間接觸不連續(xù)的路面結(jié)構(gòu)在輪載作用的局部區(qū)域內(nèi)變形更大。層間接觸連續(xù)層間接觸不連續(xù)模型計算結(jié)果分析（2）路表彎沉云圖層間接觸狀況對路表彎沉的影響很大。層間接觸連續(xù)層間接觸不連續(xù)模型計算結(jié)果分析（4）輪隙中心處各方向應變、沿深度分布圖層間接觸連續(xù)層間接觸不連續(xù)兩種層間接觸狀況下，輪隙中心處各方向應變的變化趨勢基本一致，且在各結(jié)構(gòu)層間均出現(xiàn)不同程度的突變。但當層間接觸不連續(xù)時，各結(jié)構(gòu)層間應變的突變幅度更大，且在數(shù)值上也呈現(xiàn)出