不同层间接触条件下水平与竖向荷载共同作用的路面力学响应

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层间接触状态对沥青路面力学性能的影响

上基底面是层状体系，将较好的材料放在顶部，较差的材料放在底部，因网格划分方法，面层和下面层划分较细，层、基层与路基划分较粗，在轴载作用区域加密网格密度，元采用Ｓｌ６单ｏｄ５单元。ｉ此如果路面和路基用同一均质体不足以表示其特性，而应用层状
且还产生相对水平位移。
来的重载、超载、大交通量等现象越来越普遍，致使沥青路面超负荷运行，而使得沥青路面普遍在设计年限的早期便出现车辙、从裂缝、坑槽等破坏，表面功能大幅度衰减，不得不进行大面积维修。沥青路面出现的早期破坏，设计、工、有施管理等多方面原因。沥青路面属于多层体系，因此在研究沥青路面设计方法时，较为理想的力学模型应当是层状体系理论。它较弹性半空问理
青路面在这种工作状态下，力学响应就会与原来的设计有所不２沥青路面有限元分析其同，而直接影响到路面的力学响应。因此有必要研究沥青路面２１模型的建立从．在层间接触不完全连续的情况下沥青路面的力学性能，与现行并进行有限元分析之前，首先选定几何模型的尺寸。论文采用沥青路面设计规范进行比较。
全保障。
关键词：青路面，沥力学性能，间接触模型层
中图分类号：４６２７Ｕ１．１文献标识码：Ａ

沥青路面力学性能影响因素分析综述肖楠轩

沥青路面力学性能影响因素分析综述肖楠轩发布时间：2023-05-09T04:18:45.111Z 来源：《建筑实践》2023年5期作者：肖楠轩[导读] 沥青路面拥有许多优点，得到了广泛应用。

但是因为疲劳受损，修补沥青路面耗费了大量人力物力。

而沥青路面的破坏原因来自多方面，结合国内外关于路面结构力学性能的状况，本文归纳了沥青路面力学性能内外两方面的影响因素，分析内部因素主要是由于层间接触状况的不同导致路面结构受力情况的不同，车速和深度以及不同基层材料间的力学性能以及温度的影响等外部因素。

最后提出进一步研究多项因素耦合作用下对路面力学性能影响的展望重庆交通大学土木工程学院摘要：沥青路面拥有许多优点，得到了广泛应用。

但是因为疲劳受损，修补沥青路面耗费了大量人力物力。

最后提出进一步研究多项因素耦合作用下对路面力学性能影响的展望。

关键词：道路工程；路面力学；力学性能0 引言随着我国国民经济和公路交通运输事业的发展，运输车辆中大型货运车辆的比重不断增加，且车辆超限的现象十分普遍。

沥青路面在运营过程中遭受到车辆重复碾压、水热光（气候）耦合、地质条件等因素叠加的作用，加之路基路面施工质量存在一定的不确定性，同一路段使用的原材料是否保持一致，以及现行路面设计层间接触假设的不足，最终导致路面结构实际工作状态，无论是力学模型或是材料性质都与设计理论有着一定程度的差距[1-3]。

1 国内外研究状况早在1962年，关于层间接触状态对沥青路面结构稳定性的影响便被提出，此后多年不断涌现出关键性文章对层间接触状态的影响做进一步诠释。

先是H.Hertz首次系统地阐述了弹性接触问题，并提出了经典的Hertz弹性接触理论。

层间接触状态对沥青路面力学响应影响综述

层间接触状态对沥青路面力学响应影响综述摘要：中国现行沥青路面设计以路表弯沉、沥青层底及半刚性层底拉应力为设计指标，层间条件假设完全连续，同时透露出重大问题导致沥青路面的早期病害愈发严重。

该文分析了沥青路面不同层间接触状态的影响因素，总结了层间接触状态对沥青路面不同力学指标的影响，同时对如何提高与改善沥青路面的层间接触状态的技术措施进行了总结。

关键词：沥青路面；层间接触；力学响应；接触模型0引言传统的沥青混凝土路面设计理论中，一个非常重要的假设是沥青路面各结构层之间处于完全连续的接触状态，在模型方面通常采用理想的层状弹性体系力学模型。

通过实际生活中的路面检测以及现场取样都可以发现路面结构层间的状态往往与假设相悖，层间接触状态在实际情况中具有一定的复杂性，大多数处于一种半黏结的状态（其介于完全连续和层间光滑之间的状态）。

为进一步研究和分析沥青路面设计理论及指标受层间接触条件的影响，必须正确地模拟路面层间的实际接触情况，得出路面结构在荷载作用下实际的响应状态。

1国内外研究现状查阅国内外相关文献，关于接触条件对路面力学响应和路面评价的影响分析，受到海内外专家学者的广泛关注。

1882年，H.Hertz发表论文《论弹性固体的接触》，自此之后与接触相关的一系列研究逐渐兴起并受到广泛关注。

2005年，Mariana用不同的摩擦系数作为层间接触状态的代理变量，深入分析了沥青路面使用性能的影响机制。

在路面结构分析中，如何模拟层间接触状态是力学分析中一个很重要的问题，由于路面材料本身的非线性，层间接触状态的非线性使得正确模拟路面层间的受力状态变得很复杂。

80年代，西安公路研究所联合同济大学基于在同时代和兼顾科学的条件下考虑层间连续状态和平滑状态的情况，提出了应力与位移在两种层间组合状态下的的近似算法以及层间组合为非线性组合的有限元分析方法。

2层间接触状态的影响因素2.1温度沥青是一种具有较高温度敏感性的材料，它的动力学物理特性会随着温度的改变而显著地产生变化。

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

增大，应路面车辙和开裂的机率大大增加，相因此必须高度重视层间处理工艺。
关键词：沥青路面；实测荷载；三维有限元；层间接触条件；剪应力；弯拉应变；压应变
目前世界各国在进行路面设计时均只考虑层间沥青路面力学响应的影响。
收稿日期：０６２０２０ —０－５
早胶轮压路机的作用时机，使胶轮压路机碾压结束后，混合料仍具有较高的压实潜力，并将此后的阶段
作为压实度过程控制的重要阶段；采用动压工艺，应在混合料经历第１次振压作用后即进行压实度监测，
接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布，路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。
基于此，采用三维有限元方法，分析在实测轮胎荷载作用下，完全连续、、基面层间光滑两种层间接触状态时，柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明，层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显
［ＭｏｔｏｅｙＤＣ，ｅｉａｄｎｌｓｏｅｐｒｅｔｆｕｈ５］ｎｇｍｒ，．．ｓｎａａｙｉｆｘｅｍｎｓｏｒＤｇｎｓｉ，ｔ
ｅｉｏ［．ｏｎ￣ａｄｏｓｅｏｋ１９．３１６ｄｉｉｌｈＷｉｙｎＳｎ，ｗＹｒ．９７６－２．ｔｎＪＮ
上哆盔磁Ｎ．２６ｏ１００
１５
维普资讯
◎

沥青路面在不同层间接触条件下的力学性能研究

Ｄ点的弯拉应力和剪应力，以各结构层层间不同接触状态为基础，分析计算各
点的力学响应。
１ｌ２混合路面结构尺寸及材料参
心距为３１．９５。计算点位为单轮中心点。
４．１柔性路面结构的计算结果经过计算得到在不同粘结度下，各工况计算点的应力变化如图１和图２
ＢＩＳＡＲ３．０力学分析软件计算各结构层
层底的受力情况，分析各结构层接触状
态对路面结构力学响应的影响。
②和⑧ 结构层的粘结度不同，其他各结
构层的接触条件为完全连续；工况三：假
响应。计算程序采用基于路面层状理论的ＢＩＳＡＲ３．０软件，该软件能够计算路
ＺＨＯＮＧＺＨＯＵＣ０ＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ
沥青路面在不同层间接触条件下的力学性能研究
王守君张静芳
（郑州市市政工程总公司河南郑州４５００００）
［摘要］为了应对沥青路面常见病害的发生，本文用ＢＩＳＡＲ３．０软件计算了三种典型路面结构在不同层间接触条件下的力学特征。通过研究沥青路面在不同层间接触条件时于深度方向和横向的力学响应，为沥青路面的施工和路面结构设计提供理论参考。【关键词】典型路面结构；层间接触条件；ＢＩＳＡＲ３．０；层底应力；剪应力

汽车胎压对路面的影响

汽车胎压对路面的影响摘要：胎压对路面的影响，主要有路面设计的影响；力学性能的影响；路面表的沉压的影响；胎压重载作用下的破坏。

关键字：胎压路面设计力学性能沉弯拉应力压应力轮胎是直接作用在公路路面上的一种荷载。

研究轮胎对路面的影响作用对延长路面使用寿命、提高路面使用性能和品质是十分必要的。

1．轮胎对路面设计的影响对路面结构的力学计算取决于轮胎载荷对路面的作用，轮胎对路面单位面积接地压力越大，所需要的路面强度也越高，相应的结构则越厚。

从路面角度看，轮胎的几何设计和充气压力是非常重要的参数。

由于轴载和轮胎充气压力增大等原因使接地面积减小和接地压强增大，那么就会使路面实际受力大于设计能力，从而促使路面早期损坏。

载荷是通过轮胎胎面向路面传递的，因此对轮胎载荷在路面上分布的正确认识是分析路面结构力学响应的基础。

在路面力学计算中轮胎载荷对路面作用力的分布被简化为圆形均布，但实际上轮胎与地面的作用十分复杂。

轮胎接地印迹的几何形状不完全是圆形，它更接近于矩形，而且随着载荷的增大更趋于矩形。

作用力的分布也不均匀，且随着车辆载荷、轮胎充气压力以及胎面花纹的不同而变化。

不同路面结构和胎压下的基本特点。

就沥青层的剪切特性而言，不仅载荷大小对路面结构的最大剪切应力有一定影响，轮胎充气压力的影响也不容忽视。

当轮胎充气压力过高时，即使负荷较低，对沥青面层最大剪切应力的影响也十分显著，甚至可以说轮胎充气压力过高对路面所造成的破坏比轻度超载还严重。

2．胎压对路面力学性能的影响（1）不同层间接触条件对路面结构力学响应的影响，与结构整体强度、基层类型以及荷载重量、胎压有很大的关系。

（2）无论是半刚性基层还是柔性基层，在相同荷载的条件下最大剪应力峰值均随胎压的增大而增大；在较高胎压时，欠载和超载情况下最大剪应力峰值均较额定荷载大。

[1]3．胎压对路面表的沉弯的影响。

(1)对于同一荷载分布类型，路表弯沉值随着轴载的增加而增大。

以轴载为100 kN时的路表弯沉为基准，当轴载从100 kN增加到120 kN和140 kN叫，对于纵向花纹的轮胎，路表轮隙中心处的弯沉分别增加20．3％和40．6％；对于横向花纹的轮胎，路表轮隙中心处的弯沉分别增加20.％和40.2％。

不同荷载与层间接触条件下沥青路面力学分析

摘要：利用ＢＳＲ３０程序，ＩＡ．分析沪宁高速公路扩建工程的实体路面结构受力情况，出不同荷载与得
层间接触条件下，面结构拉应变、大剪应力、向剪应力、应力的分布特征与变化规律，此基路最竖拉在
Ｋｅｗｏｒｓ：ｐｖｍｅｔｓｒｃｕｅ；ｓｉｐｉｇｂｔｅａｅｓ；ａｔ—ｈａｔｅｇｈ；ＢＩＡＲ３．ｏｔｒｙｄａｅｎｔｔｒｕｌｐｎｅｗｅｎｌｙｒｎｉｓｅｒｓｒｎｔＳ０ｓｆｗａｅ；ｍｅｈｎｉａｎｌｓｓｃａｃｌａａｙｉ
ｃｎａｔｂｔｅｎａｅｓｏｔｃｅｗｅｌｙｒ
ＺａｇＪｕｉｎｈｎｉｎＣｈｅｉｉｎｈｎｉｘａｇ，ＣｅｇＪａ。ｎＺｈｘｏｇ
，
（．ＣｖｎｉｅｒｇＤｐｒｎ，ｕｉｎｅｓｙｏｅｈｏｇ；ｕｈｕ３０，Ｃｉａ１ｉｉＥｇｎｅｎｅａｔｔＦｊｎＵｉｒｔｆｃｎｌｙＦｚｏ５１８ｈｎ；ｌｉｍｅａｖｉＴｏ１２ＳａｇａＰｄｎｏｓｕｔｎＰｏｃＭａａｅｅｔｏ，Ｌｄ，ｈｎｈｉ０８４，ｈｎ；．ｈｎｈｉｕｏｇＣｎｔｃｏｒｅｔｎｇｍｎＣ．ｔ．Ｓａｇａ２１０Ｃｉａｒｉｊ
础上，又分析了对路面使用性能的影响。结果表明：超载引起半刚性基层、沥青面层、底基层两个界面
层间滑动，而使整个路面结构受到破坏。进

水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析

公路与汽运
总第ｌ１５期
Ｈｉｈｙ＆ＡｕｏｔｅＡｐｉａｉｎｇｗａｓｔｍｏｉｐｌｃｔｏｓｖ
１３３
水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析＊
王前东
（南省收费还贷高速公路管理中心，河南郑州河４０１）５０６
中图分类号：１．１Ｕ４６２７文献标志码：Ａ文章编号：６１２６（０２０－０３－０１７ — ６８２１）４１３４
与水泥砼路面相比，沥青路面以表面平整、无接
面层、面层、刚性基层、下半底基层和土基。各结构层厚度及材料参数如表１所示。
公路与汽运
第４期
２１０２年７月
大，明土基模量的变化对水平荷载产生的应力影说
响范围有限。究其原因，主要是水平荷载的影响范
围主要集中于路面结构层的上部，一定深度以后，其
量
影响很，。Ｊ、
皇
翻密
层间的结合条件有助于预防因水平力过大而产生结构层滑移等病害。２３半刚性基层厚度的影响．
０５１１２２３３４０５０５０５０４５５５０５
蟠
取水平荷载系数 “为０３计算相同荷载条件．，下普通ＡＣ路面在半刚性基层厚度分别为２Ｏ和３Ｏｃ时的力学响应，ｍ沿深度方向的应力数据如表３所示，同基层厚度下沿深度方向的最大剪应力曲线不

简述层间接触状态对路面的影响

由于无机结合料稳定类半刚性材料强度高、载能力大，承以它为破坏，问结合条件对路面结构的应力有很大影响，而会影响层进基层的沥青路面结构已经成为我国公路的主要结构类型。到路面结构的使用性能。因此，良好的层间接触条件对于延长路
关键词：青路面，间接触，面性能沥层路中图分类号：１．Ｕ４６２文献标识码：Ａ
随着国民经济的快速发展，国的公路里程不断增加。同时问结合条件都处于完全连续和完全滑动状态之间，别是在基层我特
由层车辆载重和交通量明显增大，路面的承载能力要求越来越高，和面层之间，于材料性质相差很大，问更容易出现剪切滑动对
第３６卷第ｌ４期
２０１０年５月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０．６ＮＯ．４１３１ Βιβλιοθήκη Ｍａ．２１ｙ００
・２７１・
文章编号：０９６２（００１．２１０１０ —８５２１）４０７ —２
在道路设计时，于路面排水、渗水问题应该要有所考虑，对防都很小，层的平整度在施工操作上也是一个难点，免在道路面难
［］ＪＪＴ０６９，１Ｔ／０ —８公路环境保护设计规范［］Ｓ．［］刘金星．ｔ２Ｐ茵根剂在滨海盐碱地公路绿化中的试用［］盐Ｊ．
碱土绿化技术，０４９：５３．２０（）３７

基于不同层间接触状态的就地热再生沥青路面力学响应分析

路面结构层位
材料名称
结构层厚度回弹模量
泊松比
ｈ／ｃｍ
Ｅ／ＭＰａ
上面层细粒式热再生沥青混凝土２～６
１６０００．２５
中面层中粒式沥青混凝土
６
１２０００．２５
下面层粗粒式沥青混凝土
８
１００００．２５
基层
水泥稳定碎石
２５
１５０００Байду номын сангаас２５
底基层
文章编号：１００９－２２６９（２０１９）０１－００４３－０５
基于不同层间接触状态的就地热再生沥青路面力学响应分析
任浩，李斌斌，田维东，张富强
（兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０）
摘要：就地热再生沥青路面由于其施工工艺的特殊性，其层间接触界面一直是沥青路面结构的薄弱点．利用Ａｂａｑｕｓ建立路面结构三维空间几何模型，并考虑再生层接触状态和施工厚度对路面力学响应的影响，研究路面结构力学响应的变化特性．结果表明：摩擦接触模型的力学响应均大于完全连续模型力学响应，但完全连续模型并不能完全表征路面的实际接触状态；再生层接触状态对路面结构竖向变形几乎没有影响，但对最大剪应力和再生层层底拉应力均有显著影响．基于有限元接触理论阐述了层间接触状态对沥青路面的重要性，对就地热再生沥青路面设计及施工具有参考价值．关键词：沥青路面；就地热再生；层间接触状态；数值模拟；力学响应中图分类号：Ｕ４１６．２１７文献标志码：Ａ
·４４· 兰州工业学院学报第２６卷 ��

不同层间状态沥青面层力学响应进行计算分析

不同层间状态沥青面层力学响应计算分析半刚性基层沥青路面由于其诸多优点在我国高等级公路中应用广泛。

但由于路面采用分层铺筑，同时，现行我国沥青路面设计规范[1]假定各层间完全连续不滑动，导致层间结合成为了路面使用过程中的薄弱环节。

本文以简化剪切弹性柔量作为层间状态的表征参数，利用沥青路面专用计算程序Bisar3.0对不同层间状态下的沥青面层力学响应进行计算分析。

1、路面形式选取和层间状态描述1.1 路面结构与计算模型结合我国沥青路面设计规范与工程实践，选取的沥青路面结构形式及材料参数如图1所示。

加载方式选用标准轴载BZZ-100KN的双圆均布荷载，并以图1中的A、B、C、D点位作为计算点位。

1.2 层间状态理论描述文章采用简化剪切弹性柔量作为层间状态的表征参数，它是将相邻层间的交界面看成是一个无限薄的内层，通过层间水平剪切应力与相对水平位移的关系来描述层间结合状态。

研究表明[2]，当从0到100r（r为当量圆半径）之间大量取值时就包括了层间完全连续到完全滑动的所有状态。

通过计算分析，文章选取的表征参数值见表1。

同时，为了更好的符合工程实际，文章假定其他各层间为完全连续状态，只考虑基-面层间状态的变化。

2、力学响应计算结果及分析2.1 层间状态对弯拉应力影响结果及分析用Bisar3.0对沥青面层各点位进行弯拉应力计算，通过对计算结果的统计分析可知，路表最大弯拉应力沿行车轴方向，而其他各层最大弯拉应力沿行车道方向；层间结合状态较好时，路表除外的其他各层均处于受压状态，随着层间状态的退化（≥0.25m），沥青层底率先出现拉应力，当层间完全光滑时，受拉范围已扩展至中面层底；同时，控制指标也由路表的逐渐变成沥青层底的。

2.2 层间状态对弯拉应变影响结果及分析基-面层间状态变化对沥青面层弯拉控制应变影响结果见图2，其中，控制指标为各层间状态下不同层位指标最大值（下同）。

由图2及对计算结果的统计分析可知，路表主要受行车轴方向的弯拉应变控制，而其他各层主要受行车道方向的弯拉应变控制；当层间结合状态较好时，弯拉控制应变先减小，再增大，最后再减小，路表和中面层底是主要控制层位；当层间状态逐渐变为光滑时，弯拉控制应变先减小，然后一直增大，沥青层底变为主要控制层位。

层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响

层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响彭妙娟，赵文宣(上海大学，上海200444) 摘要：针对沥青路面车辙的影响因素，建立了沥青路面车辙分析的有限元模型，采用黏弹塑性理论，利用有限元软件ABAQUS分析了层间接触对沥青路面车辙的影响。

对不同荷载、不同层间接触和不同路面结构的沥青路面的剪应力和车辙深度进行了计算。

结果表明：对半刚性基层路面和柔性基层路面，良好的层间接触均能提高沥青路面的抗车辙能力；在相同荷载和层间摩阻力下，柔性基层沥青路面的车辙变形要大于半刚性基层沥青路面；对于半刚性基层路面，基面层的接触状态对沥青路面车辙的影响要比中下面层的接触状态大；在不同的层间接触和不同的沥青路面结构下，随着荷载的增大，层间接触较差的路面车辙变形大，超载对柔性基层路面车辙变形的影响要大于半刚性基层路面。

关键词：道路工程；沥青路面；有限元法；车辙；黏弹塑性理论；层间接触0引言车辙是在渠化交通的道路上，沥青路面在车辆荷载反复作用下产生的竖向累积永久变形，表现为沿行车轨迹产生纵向的带状凹槽，严重时车辙的两侧会有隆起变形，是沥青路面主要的早期破坏形式之一，而层间接触状态直接影响车辙的产生。

我国的道路设计一般假设道路是层状弹性体系，然而在道路设计与施工中，由于各层材料的差异性，要达到完全黏结的状态几乎无法实现，特别是铺筑沥青面层之前，由于水稳性基层需要经过一段时间的养护，表面的灰尘清除不净等问题，经常造成层间不连续程度的加剧，导致沥青道路的使用寿命大大缩短。

因此，对沥青路面层间接触的研究非常必要。

Romanoschi应用弹性层状理论对层间接触和水平轮载对柔性路面使用寿命的影响进行了研究，研究结果表明应力和应变分布受沥青路面层间接触条件影响很大[1]。

Mariana对柔性路面路用性能的影响进行了研究，通过水平剪切模量定量反映层间接触情况，利用层状线弹性程序对路面结构进行了分析。

混凝土路面结构的动态力学响应特性研究

混凝土路面结构的动态力学响应特性研究一、研究背景和意义混凝土路面是公路交通系统的重要组成部分，其安全性、舒适性、经济性、环保性等方面的特性对公路交通的发展至关重要。

而混凝土路面的结构设计与施工技术是影响混凝土路面质量和性能的重要因素。

其中，混凝土路面的动态力学响应特性是混凝土路面设计和施工的关键问题之一，对于提高混凝土路面的耐久性和安全性、降低车辆行驶的噪声和振动等方面具有重要的意义。

因此，混凝土路面结构的动态力学响应特性研究具有重要的理论意义和实践价值。

二、混凝土路面结构的动态力学响应特性混凝土路面结构主要由路面面层、基层、底基层和路基组成，其中路面面层是直接承受车辆荷载和气候条件的层，是混凝土路面结构中最重要的组成部分。

混凝土路面结构的动态力学响应特性是指在车辆荷载作用下，混凝土路面结构中各层之间的相互作用和响应特性。

主要包括以下方面：1. 动载荷作用下的动态响应特性在车辆行驶过程中，车轮对混凝土路面施加的荷载是动态的，并且车轮的作用面积很小，因此混凝土路面面层会发生弹性变形和塑性变形。

路面结构的动态响应特性主要包括路面的振动特性、位移响应特性和应力响应特性等。

2. 路面结构的频率响应特性路面结构的频率响应特性是指在不同的频率下，路面结构对荷载的响应情况。

路面结构的频率响应特性受到路面结构的材料性质、厚度、层数、空间分布、荷载作用方式等因素的影响。

在路面结构设计中，需要根据不同的车辆类型和荷载条件，选择合适的路面结构形式和材料组合，以保证路面结构在不同频率下的响应特性。

3. 路面结构的阻尼特性路面结构的阻尼特性是指路面结构对动态荷载的能量消耗能力。

路面结构的阻尼特性主要受到路面结构材料的阻尼特性、路面结构的厚度和层数等因素的影响。

路面结构的阻尼特性对于减少车辆行驶的噪声和振动等方面具有重要的作用。

三、混凝土路面结构的动态力学响应特性研究方法混凝土路面结构的动态力学响应特性研究方法主要包括以下方面：1. 理论分析法理论分析法是通过理论计算和分析，研究混凝土路面结构的动态响应特性。

考虑层间接触状态的沥青路面力学分析与评价

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05 基于有限元方法的沥青路面力学仿真
有限元方法基本原理
结构离散化
将连续的结构离散为有限个单元，每个单元具有一定的物理和几何性质。
单元分析
根据每个单元的物理和几何性质，建立节点力和节点位移之间的关系。
系统分析
将所有单元的节点力与节点位移关系联立，形成系统的总体刚度矩阵和总体载荷向量。
研究目的和方法
研究目的
本研究旨在建立考虑层间接触状态的沥青路面力学模型，分析层间接触状态对路面力学性能的影响，为路面的设计和优化提供理论依据。
研究方法
本研究将采用理论建模、数值模拟和实验验证相结合的方法，首先建立考虑层间接触状态的沥青路面力学模型，然后通过数值模拟对模型进行验证和优化，最后进行实验验证，以确保模型的准确性和可靠性。
求解平衡方程
通过求解系统的平衡方程，得到每个节点的位移和应力。
沥青路面有限元模型的建立
路面材料性质
路面结构层次
考虑沥青混合料的弹性、泊松比、密度等材料性质。
模拟路面各结构层的铺设，如面层、基层、底基层等。
接触条件
边界条件
考虑层间接触面的摩擦系数、法向压力分布等接触条件。
设置路面的固定约束、自由约束或滚动约束等边界条件。
沥青路面材料性能参数
包括弹性模量、泊松比、抗压强度和抗拉强度等，用于描述沥青路面的材料性能。
沥青路面材料的本构关系
包括弹性本构关系和塑性本构关系，用于描述沥青路面的材料在力和变形作用下的响应。
沥青路面材料性能参数与本构关系的应用
在沥青路面力学分析中，这些参数可用于建立路面结构的力学模型，预测路面的力学行为和评估路面的性能。

不同层间接触条件下水平与竖向荷载共同作用的路面力学响应

不同层间接触条件下水平与竖向荷载共同作用的路面力学响应[摘要] 在汽车制动和起动频繁的地方，水平力的作用不能忽视。

同时，面层-基层间的接触条件一般也不是完全连续，施工以及营运阶段环境的作用都会削弱层间的联结。

本文通过采用三维有限元模型分析了不同层间接触条件下水平与竖向荷载共同作用的路面力学响。

结果表明层间接触条件的不同和有无水平力的作用都对路面力学响应起着很大影响。

[关键词] 沥青路面，水平荷载，层间接触条件，三维有限元，力学响应引言在我国公路沥青路面设计规范中，采用的是传统的多层弹性体系理论：假设轮胎作用于路面的垂直应力呈圆形均匀分布。

并且在进行沥青路面厚度计算和结构层层底弯拉应力计算时只考虑层间完全连续的接触条件。

然而实际轮胎作用于路面的形状及垂直应力相当复杂，并非圆形均布所能简单描述的。

大量的试验研究结果显示，轮胎作用于路面的形状更接近于矩形。

关于荷载方向，由于在山区公路的上坡路段上，特别是行驶重载和超载车辆的情况下，往往车速缓慢，此时车轮作用在路面上的水平力也是较大的，车轮在制动和起动过程中也会产生水平力。

因此，在停车场、车站、交叉路口、爬坡车道、收费站以及其他交通拥挤、车辆行驶缓慢的地方，路面受到车辆水平荷载作用较大，路面较容易产生车辙、坑槽等破坏。

各层间的接触条件也并不完全连续的。

各种因素，如面层下部材料孔隙率过大，沥青与集料粘附不良，基层材料塑性过大，施工时基层顶部没有清理干净，基层施工完后没有及时铺设沥青，以及经各种途径进入路面结构的水的化学、物理作用等等，都可以削弱层间的联结。

所以考虑层间完全连续是偏不安全的。

本文采用三维有限元分析不同层间接触条件下水平与竖向荷载共同作用的路面力学响应。

1 模型的建立1.1路面计算结构用于计算的典型路面结构各层材料参数及路面厚度如表1所示。

同时，为了便于比较各种受力和接触条件下路面的力学响应情况。

本文计算了当面层厚度和面层模量变化时路面力学响应的变化情况。

不同基-面层间状态下沥青路面结构力学响应分析

不同基-面层间状态下沥青路面结构力学响应分析祝明;朱俊;刘琦【摘要】基于沥青路面多层弹性层状体系建立力学计算模型,对沥青路面结构的应力和应变等力学响应进行计算和分析,得出力学响应的一般变化规则.结果表明,路表弯沉、面层层底拉应力和面层剪应力等路面力学响应随着路面层间状态的失效而趋于不利的受力状态,层间疲劳应特别关注,层间剪应力在路面设计中可作为控制指标或验算指标,有效减少路面层间病害的发生.【期刊名称】《公路与汽运》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P105-108)【关键词】公路;沥青路面;层间结合;力学响应;抗剪强度;BISAR3.0;MATLAB【作者】祝明;朱俊;刘琦【作者单位】江西省天驰高速科技发展有限公司,江西南昌 330103;江西省交通科学研究院,江西南昌 330038;江西省交通科学研究院,江西南昌 330038【正文语种】中文【中图分类】U416.217由于沥青路面采用分层的施工方法,使得层间结合部分成为路面结构的薄弱面。

沥青路面层间状态直接影响到沥青路面结构力学响应和使用寿命,层间处治不当或失效是导致沥青路面产生各种病害、影响其使用性能和使用寿命的最重要因素之一。

国内公路建设在进行路面结构设计时,透层、封层、粘层等功能层没有作为重点纳入到路面力学和路面疲劳指标体系中,对沥青路面层间材料的选用及要求过于宽泛,使得层间处治技术缺乏足够的理论指导和实践经验,施工中更是存在相当大的随意性。

随着交通量和重型车辆的增加,由于层间损坏而发生的路面早期病害不仅妨碍了正常交通,影响路面美观,更易造成交通事故,也给维修、养护工作带来了很大的困难。

因此,对沥青路面层间处治技术开展研究是很有必要的。

针对江西省的气候条件和现状路面类型,选取的典型沥青路面结构为复合式基质沥青路面和半刚性基质沥青路面两种形式,各材料物理和力学参数如表1、表2所示。

按现行沥青路面设计规范,采用标准轴载BZZ-100k N的双圆均布荷载,当量圆半径为10.65cm,两荷载圆中心间距为31.95cm。

层间接触条件对柔性路面路用性能的影响

1 利用 BISAR 程序分析层间接触条件对路用性能的影响
当路面达到临界或破坏时作用的荷载次数称为临
界或破坏寿命, 它以百万次标准轴载计。诺丁汉大学
的研究发现, 临界应变和混合料特性相关的路面寿命
可以采用下列方程表示。
基于疲劳破坏的路面寿命:
log N = 15. 8log t - 46. 06- ( 5. 13log t - 14. 39)
= K s ( !U )
( 4)
式中: 表示接触面处的剪应力; !U 表示两层间接触
面的水平相对位移; K s 表示水平剪切反应模量。标准
剪切弹性柔度( A K ) 与水平剪切反应模量是倒数关
图 2 不同层间接触条件下路面寿命占完全连续情况路面寿命的百分比( E路基 = 20 M Pa)
图 2 所示为不同接触界面部分连续情况下的路面寿命曲线( E 路基 = 20 M Pa) 。图中, N f 为疲劳破坏寿命, 而 N d 为永久变形破坏寿命; k1/ 2 代表第 1、2 层间 ( 也就是表面层和联结层间) 部分连续的情况。N f , k1/ 2 指示的曲线则代表第 1、2 层间部分连续的疲劳破坏寿命曲线。当层间完全连续时, 路面破坏形式取决于路基强度。图 2 所示的完全连续情况路面的预测破坏形式为永久变形破坏。这一结论反映了软基路面
中外公路
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文章编号: 1671- 2579( 2007) 01- 0060- 05
第27卷第1期 2007 年2 月
层间接触条件对柔性路面路用性能的影响
刘涛, 郝培文编译
( 长安大学, 陕西西安 710064)
摘要: 考虑不同的层间接触条件, 利用层状线弹性程序对路面结构进行了分析。结果表明, 由于联结层与基层的不良接触可导致路面结构寿命缩短多达 80% 。对于表面层和联结层接触不良的情况, 路面寿命对由交通荷载引起的水平荷载特别敏感。采用静态线性二维有限元模型和非线性二维有限元模型进行的分析也证实了这些结论。

垂直荷载与水平荷载共同作用下沥青面层受力分析及程序验算

垂直荷载与水平荷载共同作用下沥青面层受力分析及程序验算1.课题背景与研究意义在我国，很多高等级沥青路面在上坡路段都有不同程度的车辙现象产生。

这种车辙现象降低了公路的使用性能，并为车辆行驶安全性带来了隐患。

因此，我们迫切需要一种力学分析手段来解释说明这种车辙产生的原因，并为混合料的抗剪强度提出合理的要求，以避免此类现象的发生。

而这种力学分析手段应尽可能模拟路面实际受力状态，使分析结果与路面的破坏现象相符。

本文以粘弹性层状体系理论为基础，研究水平荷载与垂直荷载共同作用下沥青面层所受各向应力的数值解。

2.对应原理为了从层状粘弹性体系力学中的已知量求得未知量，必须建立这些已知量与未知量之间的关系，以及各未知量之间的关系，从而导出一套可求解的方程。

在推导过程时，层状粘弹体系也采用如下五条基本假设。

（1）理想粘弹性、完全均匀和各向同性的假设。

（2）连续性假设。

（3）自然应力状态等于零的假设。

（4）微小形变和微小位移的假设。

（5）无穷远处应力、形变和位移等于零的假设。

3.程序的简要说明及验证本程序通过调用弹性层状体系计算程序，引入伯格斯粘弹模型得到拉氏空间下的粘弹解。

再经过数值逆变换得到带有时间参数t的粘弹解。

在数值逆变换的选取上，可以说复数表达式的Laplace逆变换要比实数表达式的精确，但由于c语言无法直接处理带有虚数的函数运算，并最终提取虚部，本论文采用了较为简单的Schapery法数值积分的方法。

经过试算，选取n=7，Si 取.288，0.576，1.152，2.304，4.608，9.216，18.432，36.864一系列值。

下面选取了一典型结构层对静荷载粘弹层状体系计算结果进行验证。

G1=480Mpa，G1=480Mpa，μ1=240Mpa·S，μ2=12Mp a·S，K=800Mpa，在高温情况下，沥青面层的粘性较大，表现出明显的流变特性，因此G和n的取值都偏小。

论文中没做特殊说明都是以此路面结构模型进行计算。