温度-应力耦合作用下沥青路面力学响应研究
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文 章 编 号 ：１０００ ０３３Ｘ（２０１６）０８ ００６３—０５
温 度一应 力 耦 合 作 用 下 沥青 路 面力 学 响应 研 究
王 琨 ，吕 纪 娜 ，郝 培 文
（１．山东 交 通 学 院 交 通 土建 工 程 学 院 ，山东 济 南 ２５００３１；２．长 安 大 学 公 路 学 院 ，陕 西 西 安 ７１００６４）
面层 出现 裂缝 后该 处 温 度 应 力 明 显减 小 ，而 面层 底 面温 度应 力增 加 ］。石立 方 等通 过车辙 仪分 析 了温 度及 荷 载变化 状 况对 沥 青 路 面 高 温稳 定 性 的影 响 ， 并 探 讨全 厚度 车辙 的评 价 指 标ｌ ＿】 。综 上所 述 ，研 究 者通 过试 验或 者有 限元 模拟 方法 对温 度场 及应力 场 作 用 下沥青 路 面 内部 产 生 的应 力 应 变 进 行 分 析 ，但 对 于 温度场 与应 力场 进行 复 杂性耦 合分 析 的研究 相 对 较少 。以往 大多应 用 弹性 体系 力学研 究 沥青路 面 力 学 响应规 律 ，而沥 青材 料是 一种 复杂 的流 变体 ，其 特 性 与沥青 、骨 料 的性 质 和级 配有很 大关 系 ，将其 假 定 为 弹性体 ，与 实际情 况相 差较 大 。因此 ，通 过不 同 温度 下 沥青 混合 料应 力 特 性 的系 统 试 验 和分 析 ，对 确 定沥 青混 合料 非正 常和 非均 匀变 温条 件下 热粘 弹
研究 者 通过对 沥 青路 面温 度场及 温 度应 力 的有 限元 分析 ，确 定沥 青 路 面 内部 温 度 场 及 应 力 的 变 化 规 律 ＿６。］。李 埃军 等 通 过 有 限元 对 温度 场 与结 构 进 行 耦合 分 析 ，阐述 沥 青 混 合 料 产 生 低 温 开 裂 的 机 理 ［８］。马
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｄａｍ ａｇｅｓ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍ ｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ—ｌｏａｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｔｈ ＡＢＡＱＵ Ｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍ ｅｎｔ ｎｏ ｌｏｎｇｅｒ ｃｈａｎｇｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｙ，ｂｕｔ ｓｈｏｗ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｌｏａｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｖｅｍ ｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｌｅａｄ ｔｏ ｆａｔｉｇｕｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ． Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ ｓｐｒｅａｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｕｒｓｅ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｆａｉｌｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＢＡＱＵＳ；ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ—ｌｏａｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ；ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍ ｅｎｔ；ｍ ｅｃｈａｎｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ
收 稿 日期 ：２０１６－０２—１２ 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目（５１４７８０４６）；山 东 省 交 通 科 技 创 新 项 目（２０１２Ａ一０７）
摘 要 ：为 了研 究温度 和行 车荷 载对 沥青路 面的损 坏 ，应 用 ＡＢＡＱＵＳ有 限 元软 件 对 高速 公路 沥 青
路 面典型设 计 方案进 行 建模 ，分 析 温度一应 力场耦 合 作 用下 沥 青路 面结 构 的 响应 情 况 。结 果表 明 ：
应 力和位移 均 随温度 产 生波 动 变化 ；路 面结构 的波 动 变化 导 致路 面材 料产 生疲 劳破 坏 ；随着 温度 的
０ 引 言
山东地 区公 路 路 面 被 损 坏 的情 况 越 来 越 突 出 ， 路 面病 害严 重 ，普 遍 达不 到设 计 寿 命 。 沥青 路 面 温 度 状况 对于 沥青 路 面使 用性 能 具 有 重 要 影 响 ，由于 周 期性 的温 度和 反 复 的交 通 荷 载 共 同作 用 ，造 成 沥 青路 面早 期损 坏 ＿】 ］。因此 ，分 析 温度场 和应 力 场 耦 合 作用是 研 究路 面损 坏演 化规 律 的重要 方法 。
Ｗ ＡＮＧ Ｋ ｕｎ ，ＬＵ Ｊｉ—ｎａ ，Ｈ Ａ０ Ｐｅｉ—ｗｅｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００３ １，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；
２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｈ ｉｇｈｗ ａｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
提 高 ，剪应 力在 面层 内部 的发 散 范 围增 大 ，面层 结 构温度 升 高 ，出现剪 应 力破 坏 的 可能性 增 大。
关 键词 ：ＡＢＡＱＵＳ；温 度一应力 场耦 合作 用 ；沥 青路 面 ；力 学响应
中图分 类号 ：Ｕ４１６．０３
文献标 志 码 ：Ｂ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍ ｅｎｔ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ。Ｌｏａｄ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ
文 章 编 号 ：１０００ ０３３Ｘ（２０１６）０８ ００６３—０５
温 度一应 力 耦 合 作 用 下 沥青 路 面力 学 响应 研 究
王 琨 ，吕 纪 娜 ，郝 培 文
（１．山东 交 通 学 院 交 通 土建 工 程 学 院 ，山东 济 南 ２５００３１；２．长 安 大 学 公 路 学 院 ，陕 西 西 安 ７１００６４）
面层 出现 裂缝 后该 处 温 度 应 力 明 显减 小 ，而 面层 底 面温 度应 力增 加 ］。石立 方 等通 过车辙 仪分 析 了温 度及 荷 载变化 状 况对 沥 青 路 面 高 温稳 定 性 的影 响 ， 并 探 讨全 厚度 车辙 的评 价 指 标ｌ ＿】 。综 上所 述 ，研 究 者通 过试 验或 者有 限元 模拟 方法 对温 度场 及应力 场 作 用 下沥青 路 面 内部 产 生 的应 力 应 变 进 行 分 析 ，但 对 于 温度场 与应 力场 进行 复 杂性耦 合分 析 的研究 相 对 较少 。以往 大多应 用 弹性 体系 力学研 究 沥青路 面 力 学 响应规 律 ，而沥 青材 料是 一种 复杂 的流 变体 ，其 特 性 与沥青 、骨 料 的性 质 和级 配有很 大关 系 ，将其 假 定 为 弹性体 ，与 实际情 况相 差较 大 。因此 ，通 过不 同 温度 下 沥青 混合 料应 力 特 性 的系 统 试 验 和分 析 ，对 确 定沥 青混 合料 非正 常和 非均 匀变 温条 件下 热粘 弹
研究 者 通过对 沥 青路 面温 度场及 温 度应 力 的有 限元 分析 ，确 定沥 青 路 面 内部 温 度 场 及 应 力 的 变 化 规 律 ＿６。］。李 埃军 等 通 过 有 限元 对 温度 场 与结 构 进 行 耦合 分 析 ，阐述 沥 青 混 合 料 产 生 低 温 开 裂 的 机 理 ［８］。马
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收 稿 日期 ：２０１６－０２—１２ 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目（５１４７８０４６）；山 东 省 交 通 科 技 创 新 项 目（２０１２Ａ一０７）
摘 要 ：为 了研 究温度 和行 车荷 载对 沥青路 面的损 坏 ，应 用 ＡＢＡＱＵＳ有 限 元软 件 对 高速 公路 沥 青
路 面典型设 计 方案进 行 建模 ，分 析 温度一应 力场耦 合 作 用下 沥 青路 面结 构 的 响应 情 况 。结 果表 明 ：
应 力和位移 均 随温度 产 生波 动 变化 ；路 面结构 的波 动 变化 导 致路 面材 料产 生疲 劳破 坏 ；随着 温度 的
０ 引 言
山东地 区公 路 路 面 被 损 坏 的情 况 越 来 越 突 出 ， 路 面病 害严 重 ，普 遍 达不 到设 计 寿 命 。 沥青 路 面 温 度 状况 对于 沥青 路 面使 用性 能 具 有 重 要 影 响 ，由于 周 期性 的温 度和 反 复 的交 通 荷 载 共 同作 用 ，造 成 沥 青路 面早 期损 坏 ＿】 ］。因此 ，分 析 温度场 和应 力 场 耦 合 作用是 研 究路 面损 坏演 化规 律 的重要 方法 。
Ｗ ＡＮＧ Ｋ ｕｎ ，ＬＵ Ｊｉ—ｎａ ，Ｈ Ａ０ Ｐｅｉ—ｗｅｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００３ １，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；
２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｈ ｉｇｈｗ ａｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
提 高 ，剪应 力在 面层 内部 的发 散 范 围增 大 ，面层 结 构温度 升 高 ，出现剪 应 力破 坏 的 可能性 增 大。
关 键词 ：ＡＢＡＱＵＳ；温 度一应力 场耦 合作 用 ；沥 青路 面 ；力 学响应
中图分 类号 ：Ｕ４１６．０３
文献标 志 码 ：Ｂ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍ ｅｎｔ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ。Ｌｏａｄ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ