层间接触状况对半刚性基层沥青路面力学响应影响分析

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项目编号：140118组内成员：苏芮、彭祖昭、李攀聪、文鸿、林维康指导老师：蒋鑫 副教授研究背景半刚性基层沥青路面作为我国典型的路面结构，其基层材料为无机结合料稳定集料或土类材料，虽然具有一些突出的优点：如强度高、承载力大、水温性好；材料分布广泛，易获得；同时可以使面层厚度减小，大大降低工程造价。但随着社会和经济的发展，交通的发展也越来越迅速，伴随而来的重载、超载、大交通量等现象越来越普遍，致使半刚性基层沥青路面超负荷运行，从而使其普遍在设计年限的早期便出现车辙、裂缝、坑槽等破坏，表面功能大幅度衰减，不得不进行大面积维修研究背景目前我国现行的公路

2、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。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。软件模拟实验研究手段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，在一定程度上增加了科研的成本，为此本项目选用沥青路面力学3D专业有限元软件EverStressFE，可较好的克服上述弊端。模型建立拟定路面结构形式接地压力形式荷载参数有限元模型路面各结构层间接触状况本项

3、目结合我国沥青路面设计规范，建立沥青路面结构的三维模型，对不同层间接触状况下的沥青路面结构内部力学响应进行计算分析。拟定路面结构形式材料类型层厚（mm)弹性模量(MPa)泊松比面层沥青混凝土18012000.35基层水泥稳定碎石25015000.2底基层二灰土2007000.2荷载参数轮轴组合接地压力（kPa）单轴额定荷载（kN）胎宽（mm）双轮间隙（mm）轴距（mm）单轴双轮700252253501250接地压力形式 国内的沥青路面设计方法中，通常忽略诸多因素的影响，直接采用轮胎内压力作为接触压力，接触面积简化为圆形，接触压力均匀分布在荷载作用面内。本文结合我国沥青路面设计规范，采用双圆垂直

4、均布荷载的接地压力形式，如图2所示，其中A、B两点的距离r为双轮中对中间隙，单轮接地面半径为10.7cm。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（X，Y，Z)定为1m 1m 1.83m，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（X=400mm，Y=551mm)，沿X方向和Y方向均为9个节点；轮载区域外的网格设置得较为稀疏，沿X方向和Y方向均为6个节点。边界条件可假设为：X轴和Z轴方向均为无限边界，沿Y

5、轴方向为受约束的自由边界。路面各结构层层间接触状况层间接触面连续层间接触面不连续面层K=0K=1基层K=0K=1底基层模型计算结果分析（1）路面结构变形后网格图（放大因子：1000）层间接触不连续的路面结构在轮载作用的局部区域内变形更大。层间接触连续层间接触不连续模型计算结果分析（2）路表弯沉云图层间接触状况对路表弯沉的影响很大。层间接触连续层间接触不连续模型计算结果分析（4）轮隙中心处各方向应变、沿深度分布图层间接触连续层间接触不连续两种层间接触状况下，轮隙中心处各方向应变的变化趋势基本一致，且在各结构层间均出现不同程度的突变。但当层间接触不连续时，各结构层间应变的突变幅度更大，且在数值上也呈现出