车辆荷载对路面的动力响应研究结果

半刚性路面结构，与传统的柔性路面相比， 无论在力学特性、破坏模式上都有显著差异 。因此依据弹性层状体系，建三维有限元模 型，分析动态荷载作用下的应力特性。
广义荷载作用下道路与软 2003—— 基共同作用研究——王金 浙江大学 昌
交通荷载作用下道路与软 2004—— 土复合地基共同作用研究 浙江大学 ——梅英宝
年份 2003
题目 Non-linear finite element analysis of flexible pavement
研究手段
研究目的
有限元模 考虑材料的非线性与动力荷载作用下的柔性 拟与现场 路面的动力响应 试验对比
2003—— 车辆行驶速度对路面损伤 的研究——刘大维 青岛大学
2006—— 动态载荷下半刚性路面应 力分析——刘大维 青岛大学
采用有限单元法分析了软土地基上半刚性路 面结构体的工作性状，具体探讨了荷载周期 、道路结构体的阻尼比、沥青混凝土的温度 、半刚性基层的回弹模量、复合地基的材料 参数和厚度对特征点的竖向位移、基层和底 基层层底径向应力的影响。 交通荷载简化为半波正弦荷载，假定地基土 体为硬化型土，运用动态弹塑性有限元分析 了单次动力加载和循环动力加载条件下道路 横截面与软土地基共同变形特性及荷载因素 包括荷载类型、荷载幅值、荷载频率和地基 土体参数包括回弹模量、内聚力、内摩擦角 、泊松比、阻尼比对变形的影响。 采用Adina建立柔性路面的多层有限元模 型，分析了路面各层的材料特性对路面动态 响应的影响。
2009—— 行车荷载作用下刚性路面 同济大学 动力响应分析——凌建明
针对一典型刚性路面结构,全面分析了荷载 有限元 大小、分布、波形和作用时间等不同荷载参 数对结构动力响应的影响。
结合国内外对水泥混凝土路面动载的研究与 温度载荷对水泥混凝土路面的作用，运用弹 Ansys有 2012—— 水泥混凝土路面动载与温 限元，模 性层状体系理论分析水泥混凝土路面在移动 长安大学 度应力分析——吴佳 态叠加法 荷载、温度荷载及温度-车辆荷载耦合作用 下的位移、应力分布
波形荷载 （半波正 弦荷载、 三角形、 矩形）
线弹性
在相同的移动荷载下，路面结构产生的竖向位移、应力随着路 面深度的加深而减小，且存在滞后性。同静载相比，路面在移 移动荷载 位移、应 动荷载作用下的响应要小得多。路面竖向位移在板边缘最大。 （均布压 力、板底 行车速度提高而竖向位移减小。连续配筋路面，减小了行车荷 力+简谐 载作用下的位移与应力。温度的升高降低引起面板内应力的变 拉应力 集中力） 化，面板在正温度梯度与车载的耦合作用下产生更大的板底拉 应力。
车辆荷载
响应观察 对象
结论 在循环荷载下非线性材料的考虑，使得有限元的模拟更接近现 场实测的挠度。 在一定的载荷下,随着行车速度的提高,半刚性底基层底部的最 大水平拉应力、土基层顶部最大垂直压缩应变、半刚性底基层 底部最大横向拉应变及半刚性底基层底部最大水平拉应变和路 表面的垂直位移均减小;路面动位移的响应时间随行车速度的提 高而变短。 结Fra Baidu bibliotek表明，路面的是动载引起的水平应力、横向应力和垂直应 力共同作用的结果,水平应力的交变变化是使路面产生疲劳破坏 的主要因素。 （1）将荷载简化为正弦分布，当荷载当车辆荷载周期小于O． 5s时，随着荷载周期的减小，最大动态弯沉随之迅速减小。车 辆荷载周期丈于O．5s小于2s时，最大动态弯沉大于静态弯沉； 大于2s时，最大动态弯沉己接近于静态弯沉。（2）3)戆着道路 结构体阻尼比的增加，路表的最大动态弯沉相应减小，路表最 大弯沉所对应的时间逐渐后移。 (1)交通荷载的“有效影响深度”不随加载次数而变化，文中得 出“有效影响深度”约为16m。(5)行车速度越大，路面变形越 小。当车速超过某一值时，路面变形减小幅度很小。(4）对于 混凝土路面，路面刚度变化对路面沉降影响不大，复合地基和 软 土地基弹性模量对路面沉降的影响较大。
本构
（1）材料的各向异性考虑与材料各项同性对疲劳应变影响较大 。 （2）路基材料的质量几乎没有影响疲劳应变
移动均布 荷载
(1)正常行驶状态下,最大垂直压应力σzmax位于表面下0～6cm范 围内，最大剪应力τzxmax和τyzmax现在表面下6~9cm处。 (2)速度较低将会使路面结构内部产生更大的应力，各应力分量 与速度变化基本呈线性关系。 (3)刹车过程引起的水平荷载对垂直压应力σ z及轮边缘的竖向剪 应力τ zy影响不大，但对路面内部，尤其面层表面区域的水平 剪应力τ zx影响相当大。 路基顶面 弯沉、路 基顶面压 应力、板 底拉应力 结果表明,随轴重的增大,路面与路基工作区范围内的动力响应 均有显著提高;多轴荷载在路基-路面结构中产生的动力响应均 高于单轴荷载;荷载波形与作用周期对结构动力响应的时程变化 影响较为显著,但对峰值影响不大,因而在结构动力分析中,建议 采用周期为0.1 s的正弦波来描述动力荷载。较之静力分析结 果,结构动力响应略有降低,但差别不大。
线弹性本 构
阻尼
边界
层间关系
各层间完 全连接
面层与基 四周法向 层摩擦接 瑞利阻尼 约束 触，其余 完全连续
四周法 面-面接 模态阻尼 向，基底 触单元 固定
2005
Three-dimensional dynamic analysis of flexible conventional pavement foundation
移动荷载下路面结构应力 2007—— 采用有限元方法对沥青路面在移动荷载下的 响应分析——单景松, 黄晓 沥青路面 响应进行分析 东南大学 明