多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性
沥青路面力学响应分析及其研究方法综述
沥青路面力学响应分析及其研究方法综述发布时间：2022-07-11T02:28:48.391Z 来源：《工程管理前沿》2022年5期3月作者：黄勇维[导读] 沥青路面具有比较复杂的力学特性，为了研究沥青路面的破坏机理以及路面应力应变变化规律，黄勇维重庆交通大学土木工程学院重庆 400074摘要：沥青路面具有比较复杂的力学特性，为了研究沥青路面的破坏机理以及路面应力应变变化规律，本文系统阐述了荷载、温度、路面结构类型以及层间接触状态对沥青路面结构力学的响应机理。
并且鉴于以往对路面进行力学研究不能够准确、真实、细致的反映其力学行为的问题，本文简述了对沥青路面细观力学行为的研究，使沥青路面力学的研究能够宏、细观相结合。
研究发现，细观力学分析能对内部材料变化进行量化处理，全面分析沥青路面力学响应，对改善路面性能有重要意义。
关键词：路面力学响应；荷载；温度；层间接触状态；细观力学研究0 引言我国沥青路面损坏影响因素主要有材料、荷载和温度。
因此，解决沥青路面这些问题，就要从因素出发，有必要对沥青路面力学响应因素进行分析研究。
沥青路面长期处于不同的自然环境中，并非单一不利因素影响沥青路面，在恶劣的气候条件和车辆荷载共同作用下，沥青路面材料内部逐步发生变化，路面出现宏观的损坏现象。
以往对路面进行力学研究，通常将沥青路面通过假设条件进行了不同程度的简化，与实际情况存在差别，不能够准确、真实、细致的反映其力学行为，因此，有必要对沥青路面细观力学行为进行研究，达到宏、细观相结合的目的，全面分析沥青路面力学响应，对改善路面性能有重要意义。
1沥青路面力学响应分析综述沥青路面是多层路面结构，具有比较复杂的力学特性。
国内外大量研究表明，对沥青路面力学响应有显著影响的因素主要有荷载、温度、路面结构类型和层间接触状态等。
研究不同因素影响下的路面力学响应，可以为更科学合理的路面设计方案提供必要的参考。
1.1荷载在沥青路面的力学性能分析时，通常把轮胎与路面的接触面作为路面受力分析的影响区域。
FWD荷载下的多层弹性体系沥青路面动力响应
图 ２ 无 限 元 局 部 单 元 坐 标
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５ Ｏ
交通与计算机
２０ ０ ６年第 ３期 第 ２ ４卷 总 １０期 ３
位移 变换 式为
在 ＝１２的特例 中 ， 种方 法就 是 纽马 克“ ／ 这 卢 一 １４ 法 ， 时它 也 等价 于一 阶偏 导 率 相 关 问题 ／” 同
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式 中 ： Ｗ Ｕ， 为各 节 点的位 移值 ； 采 用 ８节点 等 参 元上对 应 点 的位 移 函数 。
在 给 出 无 限元 的坐 标 和位 移 变 换 后 ， 可 以 就
的一 门语 言 。 从有 限元 前处 理到 动力方 程求解 ， 本 文 均 编 制 了 相 应 的 子 程 序 。 在 Ｃ ＭＰ Ｏ ＡＱ ＶＩＵＡＬ ＯＲＴ Ｓ Ｆ ＲＡＮ 环 境 下 采 用 Ｆ ｒｒｎ ０编 ｏｔ ９ ａ 程， 最大 优 点是 可 以建立 一 个 包 含子 程 序 本 身 的
在公路 检测 中， 落锤弯沉仪 （ ｌｎ ｅ ｈ ｆ ｌ ｇｗ ｉ ｔ ａｉ ｇ
ｄｆｃｏ ｔｒＦ Ｄ） ｅｅｔｍｅｅ，Ｗ 可根 据 弯沉 盆 反算路 面 结构 各 层 的模 量 ， 究 路 面材 料 在使 用 过 程 中的 性能 研 变化 ， 公路补 强设 计提供 重要 参数 。 目前 ， 为 公路 反算 程 序 多 以静 载 下 的弹性 层 状 体 系理论 为 主 ，
动、静荷载下不同沥青路面结构力学响应分析
动、静荷载下不同沥青路面结构力学响应分析作者：何基雷罗资清傅松来源：《西部交通科技》2024年第03期作者简介：何基雷（1988—），工程师，主要从事道路工程、路面养护方面的研究工作。
为探究动、静荷载下沥青路面结构的应力响应，获取不同影响因素对路面的实际作用效果，文章利用ABAQUS软件构建了沥青路面结构应力响应模型，分析荷载形式、车辆轴载、行驶速度等因素对力学响应的影响。
研究表明：路面结构的应力应变与车辆轴载存在着一定的线性关系；相较于静荷载，动荷载在相同轴载下所产生的应力应变值较低，且存在最佳行驶速度使荷载对路面产生的力学响应最小。
由此证明，在道路使用时，控制车辆的行驶速度及车辆超载可减缓路面纵向位移及路表弯沉的产生，延长道路的使用寿命。
沥青路面结构；移动荷载；力学响应；使用寿命；应力应变U416.217A1906850引言随着我国机动车保有量及道路交通量的逐年上升，道路重载及超载现象的持续增长，使得已建道路在使用过程中暴露出使用寿命不足［1-2］，裂缝、坑槽、松散、剥落、车辙等病害出现频率较高的现象。
道路养护时运营成本增加，而且还影响了交通事业的发展［3］。
因此，为更好地了解路面结构在不同因素下的力学响应，需探究不同影响因素对路面的力学响应。
国内外专家学者针对沥青路面的应力响应从多方面展开了研究。
Assogba、Hu、李江等［4-6］通过建立三维有限元模型，研究了车辆速度、车辆超载对沥青路面的影响，证明较低车速会引起结构受载时间增加，扩大了载荷的冲击效应。
严战友、Ogoubi等［7-12］通过建立车辆模型和有限元道路模型，证明路面结构的动态应变应力峰值受分析点位、行車速度、沥青层厚度、车轴荷载、制动工况和道路粗糙度等因素的影响。
Liu［13］通过提出了一种将全尺度加速路面试验（accelerated pavement test，APT）、室内试验和有限元（finite element，FE）模拟相结合的方法，分析了车轮范围、温度及轴重对于沥青路面的动态响应。
移动荷载作用下Winkler地基的沥青路面动力响应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ 路面计算 力学模 型
为模 拟车辆荷载作 用下路面的动力响应 ， 将
收稿 日期：２０ —ｌ０． ０９０ 一６ 宁 波 大学 学报 （ 工版 ）网址 ： ｔ ：３ ｂ ｂ ． ｕ ｎ 理 ｈｔ ／ ｘ ． ｕｅ ． ｐ／ ｎ ｄ ｃ 基 金项 目：浙 江 省 自然 科学 基金 （ ０ ６７）； 江 省科 技计 划项 目 （ ０ ８ ３ ００）． Ｙ１７３ 浙 ２ ０Ｃ １３ 第 一作 者：刘 干斌 （ ９ ６ ）， ， 西 吉安 人 ， 士眉０ １７ 一 男 江 博 教授 ，主要 研究 方 向 ： 基路 面工 程 ． — ｉ ｌ ｇ ７＠ １３ ｏ 路 Ｅｍａｌ ｉ ｂ ６ ６ ｒ ：ｕ ｃｎ
在研 究不平整度对路面动 力响应 影响时， 将位移
函数和 荷 载取 近 似模式 ，展 开为 正 弦级 数 ． ｍ 等 Ｋｉ
换得到数值结果以分析荷载速度 、 粘弹性地基阻尼 及双轮问距对路面竖向位移 、弯矩的影响．
人ｌ 究了前后双轮变幅值荷载条件下， ｎ ｌ 粘 Ｗｉ ｅ ｋｒ 弹性地基上无 限大板 的动力响应． 周华飞等人 采 ｊ
（ 式和（ 式可得到路面动力响应的控制方程为： １ ） ２ ）
载大小为 ｑｅ ｏ ，长 ２ 宽 ２ ，以速度 ｃ ｘ方 厶， 沿 ｚ 向运动 ［ 考虑双轮荷载工 况条件下， ４ 】 ． 荷载 的大小
相等． 地基模型采用粘弹性 Ｗｉ ｌ 模型， ｎｅ ｋｒ 路面的 竖向位移为 （ ｘ， ． ， ｆ ｚ）
第２ ３卷第 ２ 期 ２１ ０ ０年 ４月
宁 波 大 学 学 报 （理 工 版 ）
车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面响应分析
03
水作用下的沥青路面响应分析
水对沥青路面的影响
1 2
水损害
水通过沥青路面的孔隙和裂缝进入路面结构， 可能导致内部沥青混合料的剥落和路面的损坏 。
降低路面性能
水进入沥青路面会导致路面的抗滑性能、平整 度和承载能力下降。
3
加速路面老化
不足
尽管单一因素的研究成果丰富，但缺乏对多因素耦合作用的系统分析和实验 研究。因此，开展车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面响应分析是必要 的。
研究内容与方法
研究内容
本研究旨在分析车辆动载、水、温度耦合作用下的沥青路面响应，包括路面形变 、应力分布、裂缝扩展等路面性能指标的变化规律。
方法
采用理论分析和实验研究相结合的方法，首先建立车辆动载、水、温度耦合作用 的沥青路面模型，然后通过实验验证模型的正确性，最后利用模型分析耦合作用 对沥青路面性能的影响规律。
展望未来，可以进一步深入研究车辆动载、水、温度等 因素的相互作用机制和沥青路面的长期性能演化规律， 为实现沥青路面的智能化设计和维护提供支持。
THANKS
感谢观看
沥青路面低温开裂的防治措施
为了防止沥青路面产生低温开裂，可以采取提高沥青材料的韧性、优化混合 料的级配和空隙率、设置防裂层等措施。
05
《车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路
面响应分析》的研究成果与结论
研究成果概述
01
建立了车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面响应模型，该模型考虑了车辆 动载、水、温度等多因素耦合作用，为研究沥青路面的响应提供了有力工具。
水分的侵入会加速沥青路面的疲劳损伤和形变 累积，而温度的变化则会影响路面的应力和应 变状态。
沥青混合料的动荷载响应特征及沥青路面黏弹性力学研究
沥青混合料的动荷载响应特征及沥青路面黏弹性力学研究于涛
【期刊名称】《浙江水利水电学院学报》
【年(卷),期】2024(36)1
【摘要】依托北京东六环改造项目的沥青路面工程,运用室内试验的方法,研究沥青混合料持续受到车辆活荷载作用的动力响应特征,以及受到车辆荷载与各种自然因素耦合作用的黏弹性力学变化规律。
研究结果表明,沥青混合料的累积应变动力响应经历了2个阶段:在第Ⅰ阶段,沥青混合料的累积应变动力响应表现为逐步增加;在第Ⅱ阶段,沥青混合料累积应变量整体无明显变化,沥青混合料的应力受车辆循环动荷载的影响无明显变化。
当荷载加载频率逐渐增加时,沥青混合料动态模量也呈对数上升的趋势,随着温度的升高,沥青混合料的动态模量也会逐渐降低,且降低幅度逐渐减小;混合料相位角在荷载加载频率小于等于10 Hz时呈对数增加的趋势,在加载频率大于10 Hz时呈线性降低的趋势,随着温度的增加,沥青混合料相位角不断减小,减小的幅度不断降低。
【总页数】5页(P70-74)
【作者】于涛
【作者单位】中铁十八局集团第五工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U414.75
【相关文献】
1.沥青路面车辆动载响应黏弹/弹性分析与试验研究
2.动荷载作用下纤维沥青路面的黏弹性响应
3.钢桥面沥青混合料铺装体系黏弹性力学响应分析
4.沥青混合料黏弹性数值转换与路面结构力学响应计算
5.胶粉改性沥青混合料动荷载力学响应分析
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不同速度下制动沥青路面结构动力响应研究
１ 轮 胎 及 沥 青 路 面 结 构 有 限 元模 型 的 构 建
１ ． １ 轮 胎模 型 的建 立
以子 午线 轮胎 ８ Ｒ１ ７作为 原型 ， 采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 建 立轮胎 及 道路结 构模 型 。 轮胎 宽度 为 ２ ０ ５咖 、 轮辋 直
径为 ４ ３ ２ ｍｍ、 汽车后 轮 轮距 为 １ ． ６ ｍ。胎 面及轮 辋采 用线 弹性 材料 ， 采用 阻 尼 弹簧模 拟胎 面 。为 了对 轮胎充
６ ２
华 东 交 通 大 学 学 报
２ ０ １ ７年
１ ． ２ 沥 青路 面结构 模 型 的建 立
路 面结 构 各层 考虑其 粘 弹性 ， 采用 Ｄ ｒ ｕ ｃ ｋ ｅ ｒ Ｐ ｒ ａ ｇ ｅ ｒ 模 型［ ９ ］ 。 路 面宽 度 为 ４ ． ５ ｍ、 长５ ｍ、 边坡 坡 度为 ０ ． ５ 、 高 ２ ． ３ ５ ｍ。由 《 公 路 沥青路 面设 计 规范 》（ Ｊ Ｔ Ｇ Ｄ Ｓ ０ — ２ ０ ０ ６ ） ， 选 取 路面各 层参 数 ， 见表 ２ 。
关键词 ： 路 面结构 ； 动 力响 应 ； 制动 ； Ｌ Ｓ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ； 速 度 中圈 分 类 号 ： Ｕ ４ ９ １ ． １ 文 献标 志码 ： Ａ
在交叉 口 、 收 费站 等路段 ， 由于交 通量 大 、 汽车 频繁 制动 、 启动， 路 面 车辙 、 拥包 等早 期 病 害时有 发 生 。 汽 车 以不 同速 度 、 轴 载在 沥 青路 面频 繁 制 动是 路 面结 构 早期 破 坏 的重 要原 因［ ４ １ ； 因此 ， 研究 不 同速 度 制动 时
构 动 力 响应 的影 响规 律 。 研 究 结 果表 明 ： 制动过程 中， 车辆 荷 栽 主 要 作 用在 沥 青 路 面 面层 ， 其 中 中面 层 受 到 的 水 平力 、 垂 直 力最
沥青路面多尺度结构的荷载响应分析
布 特征 ； 集料 与砂浆接 触处 的应 力 明显 高 于沥 青砂 浆 内部 的 应 力 ， 者 的 比值 随 着 沥 青砂 浆模 粗 两 量的 降低 而增 大 ； 考虑 材料 细观 结 构后 ， 集料 与砂 浆接 触 处 的荷 载 响 应 明 显 高 于宏 观路 面 结构 粗
沥 青 路 面 多 尺 度 结 构 的 荷 载 响 应 分 析
陈 俊 黄 晓 明 ，
（． 海 大学 土木 与交 通学 院 ，江苏 南 京 ２ ０ ９ ；２ 东 南大学 交 通学 院 ， 苏 南 京 ２ ０ ９ ） １河 １０ ８ ． 江 １ ０ ６ 摘 要 ：为 了从材料 细观结 构 角度 研 究沥 青路 面结构 的荷 载响 应 ， 用 离散 元 方 法 ， 立 了柔性基 层 采 建
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ａ ｙ ｉ ｎ Ｍ ｕ ｔ’ ｃ ｌ ｔ ｕ ｔ ｒ ｆ Ａｓ ｈ ｌ ｎ ｒ ｔ ｖ ｍ ｅ ｍ ｒ ｃ ｌＡｎ ｌ ｓ ｓｏ ｌｉｓ ａ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｐ ａ ｔＣｏ ｃ ｅ ｅ Ｐａ ｅ ｎｔ
ＣＨ ＥＮ ｎ Ｊｕ 。 Ｈ Ｕ ＮＧ ｉｏ ｍｉ ｇ Ａ Ｘ ａ— ｎ
第 １ ５卷 第 １ 期
２１ ０ ２年 ２月 源自建筑材料
学
报
Ｖｏｌ １ Ｎ ｏ ｜ ５， ．１
Ｆｅ ｂ．。 Ｏ１ ２ ２
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｂ ＬＤＩ ＵＩ ＮＧ ＡＴＥＲＩ Ｓ Ｍ ＡＬ
文章 编 号 ： ０ ７ ９ ２ （ ０ ２ ０ — １ ６ ０ １ ０ — ６ ９ ２ １ ） １０ １ — ６
移动荷载下粘弹性层状沥青路面动力响应模型
A MODEL TO STUDY THE DYNAMIC RESPONSE OF VISCO-ELASTIC LAYERED SYSTEM UNDER MOVING LOAD
*
DONG Zhong-hong , LU Peng-min
(Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of the Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, China)
q( x, y ) ，利用 Fourier 展开技术，车轮荷载可表
示为：
U nm ( z ) 、 Vnm ( z ) 、 Wnm ( z ) 仅为深度 z 的函数。
由式(6)~式(8)及几何方程和本构关系可知： ij i nV ij (9)
2 2 ij n V ij
q ( x, y ) Anm ei n x eim y
n 1 m 1
N
M
(4)
(10)
对于以速度 V 沿轴 x 移动的车轮荷载，则式(4) 转化为：
其中： ij 代表 x 、 y 、 z 、 xy 、 xz 、 yz 等 6 个应变分量。
q( x, y, t ) Anm e
———————————————
收稿日期：2010-04-12；修改日期：2011-04-29 基金项目：国家自然科学基金项目(51008030)；中央高校基本科研业务费专项项目(CHD2010JC063，CHD2011ZD001) 作者简介：*董忠红(1975―)，男，河南开封人，副教授，博士，从事车辆-道路系统动力学研究(E-mail: dzhong@)； 吕彭民(1957―)，男，陕西渭南人，教授，博士，主要从事工程力学研究(E-mail: lpmin@).
行车荷载下沥青路面响应分析
关 键 词 ：公路 ； 动 荷 栽 ；动 力 有 限 元 ；阻尼 矩 阵 ； 面 弯沉 移 表
中 图 分 类 号 ： １ ． １ Ｕ４ ６ ２ ７ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ １ ２ ６ （ ０ ６ ０ —０ ５ —０ １ ７ — ６ ８ ２ ０ ）３ ０ ５ ３
｛ ） Ｎ］ ） ｒ 一［ ｛
将 式 （） 人 （）得 ： ３代 ２，
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－ ｆ Ｄ］ Ｂ］ ｌ ［ ￣
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式 中 ： 系数 。 为
［ Ｎ］
（） ４
作用 于单 元结 点上 的 阻尼力
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公
５６
动 的结构 中取 出一 微 小 部 分 ， 它单 位 体积 上作 用 在
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（ ）一 ｒ
Ｎ］
（） ８
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（） １
式 中 ： 比例 常数 ； 为形 函数 。 ａ是 Ｎ 利用 式 （ ） ５ 可求 得单 元 结点 上 的阻 尼力
近年来 ， 随着经 济 的快 速发 展 ， 界 各 国修 建 了 世 大量 的高 速 公 路 。公 路 交 通 越 来 越 表 现 为 交 通 量
大、 汽车载 重增 加 、 速加 快 等 特 点 ， 有 这些 不仅 车 所
荷 载移 置 的一般 公式 为
（；肌 捌 Ｐ一 ） ｄ ｚ
｛ Ｆ） ＩＮ］ ｛ ）Ｖ— 一 ｄ Ｉ
［ 一 ＩＮ］ｐＮ］ Ｖ ｍ］ ［ ｄ Ｉ
１ ２ 阻 尼 矩 阵 ．
如 果 假定 阻 尼 力 正 比于 质 点 的 运 动 速度 ， 运 从
移动荷载作用下路面结构的动力响应
移动荷载作用下路面结构的动力响应摘要现实情况中车辆总是以一定速度行驶在路面上的，因此研究沥青路面在车辆移动荷载作用下的动态响应是掌握路面结构行为的必要条件。
建立刚性基层沥青路面的三维有限元模型，分析移动荷载作用下路面结构的动力响应。
分析得出了荷载正下方不同深度处节点竖向剪应力he各结构层底弯拉应力的时间历程曲线。
结果表明，在移动荷载作用下，路面结构的动力响应具有明显的波动性质，与静荷载作用有明显区别。
绪论目前国内现有的道路设计方法通常将车辆荷载简化为双圆均布荷载静荷载，以双轮单轴BZZ-100(100kN)为标准轴载，以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标，对沥青混凝土面层和基层、底基层进行层底弯拉应力的验算[1]，经过大量的使用实验证明，现有规范设计模型具有很大的局限性。
这是因为现实中车辆都是以一定的速度行驶在路面上，属于是移动荷载，路面结构在移动荷载作用下的力学响应与静力响应明显不同。
因此研究移动荷载作用下路面结构的动力响应更具有实际意义。
大量国内外学者对弹性层状体系在动荷载作用下的力学响应作了理论研究。
Siddharthan[2][3]结合弹性力学原理，建立层状体系动力学模型，研究了材料粘弹性对路面结构动力响应的影响。
Lv[4]采用Green函数、Laplace 积分变换和Fourier变换等方法求解出Kevlin地基上的无限大板在移动荷载作用下动态响应的数值求解。
钟阳、孙林[5]等利用Laplace-Hankel联合积分变换和传递矩阵相结合的方法推导出了轴对称半空间层状弹性体系动态反应的理论解，为进行路面结构的动态反应分析和路面材料参数的动态反算提供了一种行之有效的方法。
董泽蛟、曹丽萍[6]等采用ADINA建立了移动荷载作用下多层线弹性的三维沥青路面有限元分析模型，模拟分析了移动荷载作用下路面结构的三向应变动力响应。
鉴于理论解都涉及到较复杂的积分变换和无穷积分，最终只能采用数值方法求解。
动载作用下沥青路面三维力学响应有限元分析
（ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｈ ｉ ｇ ｈ ｗ ａ ｙ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｕｓ ｅ ｔ ｈｅ ａ ｓ ｐｈ ａ ｌ ｔ ｐａ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｉ ｔ ｓ ｄｕ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ，ａ ｍｏ ｄ ・ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈｅ ｄ ｂ ｙ ＡＮＳ ＹＳ ７ ． ０ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｗａ ｙ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｐ ｈ ａ ｌ ｔ ｐ ａ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｎ ３Ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｐ ｈａ ｌ ｔ ｐ ａ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｎ ｄｅ ｒ ｔ ｈｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｔ ｈｅ ｒ ｉ ｎｇ ，ｎ ｅ ａ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｍａ ｋ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｒ ａ —
典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析
典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析肖川;艾长发【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)004【摘要】The three-dimensional finite element analysis on the asphalt pavement with semi-rigid base (S1),the inverted asphalt pavement structure (S2),and the compound asphalt pavement (S3) were carried out to study the spatial distribution characteristics of dynamic strain at the bottom of asphalt surface layer,and the influence of vehicle load parameters on dynamic strain.According to the fatigue prediction equations,the comparison of fatigue life for different types of pavement based on strain response was presented.The results show that the strain response caused by traffic load at the bottom of the surface layer is mainly concentrated in the wheel printing area.The most unfavorable position of the tensile strain at the bottom of the surface layer locates in the center of the wheel load.The strain response under dynamic load is less than that the static one.The strain difference between the dynamic and static loads is significant in S2.With the increase of axle load,the strain at the bottom of the surface layer increases;with the increase of driving speed,the strain decreases generally;with the increase of axle load,the fatigue life of asphalt layer decreases sharply.On condition of traffic safety,high speed extends the service life of asphalt pavement.The surface layer fatigue life of the3vement is sorted: S1>S3>S2.%针对半刚性路面(S1)、倒装式路面(S2)、组合式路面(S3)开展三维有限元计算,分析其面层底动态应变的空间分布特性及车辆荷载参数对沥青路面动态应变响应的影响规律;同时,基于应变响应及沥青层疲劳预估方程,对比不同类型路面的疲劳寿命.结果表明:行车荷载在沥青路面面层层底平面所引起的拉应变主要集中在轮印作用区域,其由应变值所表征的最不利位置出现在轮印面积中心;车辆动载条件下的应变响应量小于静态荷载模式,其中,S2的动、静力差异性表现尤为显著;随着轴质量的增加,面层底动态应变逐渐增大;而随着车速的提高,应变响应量逐渐减小;随着轴质量的增加,沥青层疲劳寿命急剧减小;在行车安全的前提下,合理提高车辆行车速度有利于提高沥青路面使用寿命,3种路面的面层疲劳寿命排序为S1>S3>S2.【总页数】7页(P470-476)【作者】肖川;艾长发【作者单位】四川建筑职业技术学院土木工程系, 四川德阳 618000;西南交通大学道路工程四川省重点实验室, 四川成都 610031;西南交通大学道路工程四川省重点实验室, 四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】U416【相关文献】1.半刚性基层沥青路面动态应变响应实测分析 [J], 张慧中;臧国帅;孙立军2.半刚性基层沥青路面动态应变响应模拟分析 [J], 张慧中;臧国帅;吴帮伟3.氧化铝陶瓷的静疲劳与循环疲劳特性及寿命分析 [J], 孙立4.重载作用下典型沥青路面结构疲劳寿命分析 [J], 徐希忠;张新;张晓萌;季正军;符东绪5.不同非均布荷载下的沥青路面力学响应及疲劳寿命分析 [J], 郑锦聪;陈小辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
FWD荷载作用下沥青路面动力响应及反演研究的开题报告
FWD荷载作用下沥青路面动力响应及反演研究的开题报告开题报告题目：FWD荷载作用下沥青路面动力响应及反演研究研究背景：随着交通工具的不断发展和道路交通网络的不断完善，沥青路面已成为我国最主要的道路工程材料之一。
然而，沥青路面在使用过程中，受到来自车辆荷载、气象变化和路域因素等的多种影响，易出现裂缝、龟裂、松散、翻边、坑洼、碎屑等缺陷，从而影响道路的使用寿命和行车安全。
因此，对沥青路面的动力响应及反演进行研究，具有重要意义。
研究目的：本研究旨在通过分析FWD荷载作用下沥青路面的动力响应规律，探究反演方法，提高沥青路面的设计、施工和养护水平，从而延长沥青路面的使用寿命，提高行车安全。
研究方法：1. 现场实测法：采用FWD（落锤振荡式动态蓄能反演仪）进行实测，测出沥青路面在FWD荷载下的加速度、速度、位移等参数，分析不同荷载下路面的反弹模数、动力响应谱等指标，并将实测数据进行处理和分析。
2. 数值计算法：使用有限元软件（如ANSYS）建立沥青路面有限元模型，分析不同荷载下沥青路面的动力响应特性和反弹模数变化规律，并对模型进行参数敏感性分析。
研究内容：1. 分析FWD荷载作用下沥青路面的动力响应规律；2. 探索沥青路面的反演方法；3. 建立沥青路面有限元模型，分析不同荷载下沥青路面的动力响应特性和反弹模数变化规律；4. 对沥青路面的设计、施工和养护提出相关建议。
研究意义：1. 提高沥青路面的使用寿命，降低沥青路面的破损和损坏；2. 提高行车安全，减少事故发生概率；3. 推动沥青路面的设计、施工和养护水平的提高；4. 为路面工程的设计和质量控制提供依据。
研究计划：第一年：1. 收集相关文献资料，学习沥青路面动力响应方面的基本理论；2. 进行实地调研，选择样本路段并进行FWD实测；3. 将实测数据进行处理和分析，制定本研究的具体研究内容和计划。
第二年：1. 建立沥青路面有限元模型，进行计算分析；2. 探索沥青路面的反演方法；3. 对计算结果和实测数据进行比对，分析沥青路面的动力响应规律。
移动荷载作用下半刚性基层沥青路面动力响应
由于本文计算是基于弹性层状体 系 ， 以沿轮迹 带内各点的 所
变 化情 况大致相 同 ， 选取轮迹带重点进行 考察 。从 图 ３可 以看 出 当车辆驶 近计算点时 ， 路面弯沉逐渐减小 ， 驶离计算点时 ， 路面弯
由图 ５可见 ， 当车速为 １ ０ｋ ｎ ， ０ ｍＡ 时 路基 顶面压应变 已达到 １ １ ０ 一。美 国各州公 路工作 者协会 （ Ａ ＨＯ） ７ ×１ ｅ Ａ Ｓ 通过 环道试 验 调查 了路 面车辙破坏情况 ， 大量环 道试验车辙破 坏情况调查结 对 果表明 ， 面车辙 主要 是 由结构组 合层 的厚度 减小所 引起 的 ， 路 车 辙深度 的 ３ ％发生在面层 ，４ ２ ｌ ％发生在基层 ，５ ４ ％发生在底基 层 ， ９ ％发生在路 基。虽然 每次荷载作 用产生 的永久应 变量很小 ， 但 沉 逐渐恢 复 ， 这同弹性层状体系的假设是吻合的。
第３ ６卷 第 １ ５期 ２０ １ ０ 年 ５ 月
山 西 建 筑
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文 章 编号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １—２ １０ １ ０ —８ ５ ２ １ ）５０ ８—２
对于 阻尼 的考虑 ， 文采 用 瑞 利阻 尼 法 ， ［ ＝ ［ ］ 本 即 ｃ］ Ｍ ＋ ［ ， 中， Ｋ］其 瑞利系数 ａ和 卢分别为与结构 固有频率 和阻尼 比有 关的 比例 常数 ， 实际中常采用经验公 式确定 。
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移动荷载作用下沥青加铺层结构动力响应分析
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广 西 工学 院学 报
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第 １ ７卷
一 一 ＂ 导辎 重 』 ］
Ｋ ｈ 荷 载作 用 的时 间分 别 为 ０ ０ ７Ｓ ０ ０ ９Ｓ和 ０ ０ ６Ｓ， ｍ／ ． ． １ 、 ． ０ ． ０ 计算 时 间总 长度 为 １ｓ ．进行 动力 分 析 时采 用 完整 的 系统矩 阵计算 瞬 态响应 ￣ｌ求解 法 ， ｕｌ 瞬态 动荷 载激励 采用 矩形 波方 式进 行计 算 。 行动 力响 应分析 时 进
Ｊ ｎ． ０ ６ ｕ ｅ ２ ０
１ ０ ・ ４ ０ （ ０ ６ ０ — ０ ９０ ０ ４６ １ ２ ０ ） ２０ ０— ４
移 动 荷 载 作 用 下 沥 青 加铺 层 结构 动 力响 应分 析
杨 斌 陈拴 发。 王秉 纲。 ， ，
（．广 西 大 学 土 木 建 筑 工 程 学 院 ， １ 广西 南 宁 ５０ ０ ； ３ ０ ４ ２ ．长 安 大 学 特 殊 地 区公 路 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 西 西 安 ７ ０ ６ ） 陕 １ ０ ４
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第 １ 卷 第 ２期 ７ ２０ ０ ６年 ６月
文章编号
广 西 工 学 院 学 报 Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＧＵＡ ＮＧＸ ｌ ＵＮＩ Ｒ Ｉ Ｆ ＴＥ Ｈ ＶＥ Ｓ ＴＹ Ｏ Ｃ ＮＯＬ Ｙ ｏＧ
Ｖｏ１ ７ Ｎ ｏ． ．Ｉ ２
速较低 的情 况下基 本 上是合 理 的 。然 而 ， 明显 的运 动荷 载作用 下 ， 在 静力荷 载模 式与 车辆行 驶过 程 中对 路 面
的实 际作用 之 间的差 异很 大 。 目前对 道路结 构 动力学 的研 究主要 有 两种方 法 ： 一为解 析法 ， 为有限元 法 。 二 解
多轴移动荷载作用下长大上坡沥青路面动力响应研究
关键 词 ： 道路工程 ； 沥青路 面 ； 移动荷载 ； 长大上坡 ； 动 力响应
中 图分 类 号 ： Ｕ ４ １ ６ ． ２ １ ７ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ３— ６ ０ ５ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４—０ ０ １ ９— 多轴 重 载 车 辆 显著 增
运 营进 一步 检验 。
Ｂ ｒ ｉ ｅ ｆ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｒｕ ｂ ｂ ｅ ｒ Ａｓ ｐ ｈ ａ ｌ ｔ Ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｌ ｉ ａ ｏ ｋ ａ ｉ Ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗ ａ ｙ
下的长大上坡 沥青路 面动力学模 型 ， 深入分 析 了四轴 车作 用下长 大上坡 沥青路 面 的动力 响应规律 。研 究结果表 明： 多轴车作用下 ， 各动力响应参数存在明显的干 涉现 象； 水平力对面层 底部 纵向 弯拉应 变和纵向剪应 变有 明显 的 削弱作用； 面层底部横 向剪应 变对路 面的剪切 流动变形作 用较 大， 建议将 其作为 半刚性基 层 沥青路 面设计 的控制
的 出现效果 明显 。
辽 开 高 速 公 路 橡 胶 沥 青 混 凝 土 面 层 总 厚 度 为 ８ ． ５ ｃ ｍ， 虽然施 工 后 检 测 各 项 技 术 指 标 满 足 设 计 及 规 范要 求 ， 但 沥青 结构 层是 否偏 薄 ， 能否短 期 内出现 非 正 常车辙 、 坑槽 、 水侵害、 盐腐 蚀等 病害 ， 还需 通过
，
ｓ ｉ ｍ ｉ ｌ ａ ｒ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ Ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ａ ｓ ｐ ｈ ａ ｈ；Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｍｉ ｘ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ；Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ；Ｐ ａ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ
移动荷载作用下沥青路面的动力响应分析
收 稿 日期 ： ２ ０ ． ８ ２ ． ０ ６ ０ ． ８
作 者 简 介 ：舒 富 民 （ ９ Ｉ ， 男 ，湖 南 益 阳人 ， 东南 大 学 硕 士 研 究 生 ， 专业 方 向 ：道 路 与 铁 道 工 程 。 Ｉ ８ 一）
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Ｉ Ｒｅ ａ ｃｈ ＴＳ ｓｅ ｒ Ｃｅ ｔｅ ｎ ｒ， Ｓｏ ｔｈ ａｓ Ｕｎｉ ｅ ｉ ｙ， ｕ ｅ ｔ ｖ ｒｓ ｔ
Ｎ ｎ ｉｇ ２０ ９ ａ ｊ ｎ １ ０ ６， Ｃ ｉ ａ ｈｎ
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ｓｏｍｅ ｄｅｆｉ ｅｎｃｉｅｓ ｅｘｉｓｔ ｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｅＳｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄＳ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔａｋｉｎｇ Ｃｉ ｉ
ｔ ｅ ｆ ｅ ｓ ｆ ｄ ａ Ｃ ｏａ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｈ ｅபைடு நூலகம்ｆ ｃｔ ｏ ｙｎ ｍｉ ｌ ｄ ｎ ｏ ａ ｃ ｕ ｔ． Ｉ ｔ ｉ ｐ ｒ ｈｅ ｈ ｅ — ｍ ｎｓ ｏｎ ｌ （ Ｄ ｆｉ ｉ ｅ ｎ ｈ ｐａ ｅ ｔ ｔ ｒ ｅ ｄｉ ｅ ｉ ａ Ｓ ３） ｎ ｔ
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第24卷 第5期2011年9月中 国 公 路 学 报China Journal of H ighw ay and T ransportV ol.24 No.5Sept.2011文章编号:1001-7372(2011)05-0026-06收稿日期:2010-10-24基金项目:交通运输部科技项目(2011319812020);教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT 1050);陕西省自然科学基础研究计划重点项目(2010JZ009);中央高校基本科研业务费专项资金项目(CH D2010JC002)作者简介:裴建中(1976-),男,山西五台人,副教授,工学博士,E -mail:jianzh on gpei@ 。
多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性裴建中1,吴 浩2,陈 勇3,王秉纲1(1.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安 710064; 2.河南省交通运输厅,河南郑州 450052; 3.西安市政设计研究院有限公司,陕西西安 710068)摘要:为分析多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性,通过现场调查建立了不同轴型作用下沥青路面的三维有限元模型,分别研究了单后轴、双后轴及三后轴轴载均匀分布、三后轴车轴载不均匀分布及三后轴车前轴悬空条件下对路面的影响。
结果表明:多轴车轴距大于3m 时,各轴对路面的作用相互独立,轴数的增加对路面竖向位移产生叠加作用,对路表最大剪应力及压应力影响不明显;三后轴车中轴对路面竖向位移作用最大,较前轴及后轴分别增大23.7%和18.2%,中轴及后轴对路表剪应力有一定影响,而各轴对路表最大压应力基本没有影响。
研究结果显示多轴车轴载不均匀分布对路面破坏会产生较大影响。
关键词:道路工程;沥青路面;数值计算;移动荷载;动态响应;有限元模型中图分类号:U416.01 文献标志码:ADynamic Response Characteristics of Asphalt Pavement UnderMult-i axle Moving LoadPEI Jian -zho ng 1,WU H ao 2,CH EN Yong 3,WANG Bing -g ang 1(1.K ey L abo rato ry for Special Ar ea Highw ay Engineering of M inistry of Educatio n,Chang p an U niversit y,X i p an 710064,Shaanx i,China; 2.Depa rtment of T r anspor t of H enan P rov ince,Zheng zho u 450052,Henan,China; 3.Xi p an M unicipal Eng ineering Design &Resear ch Institute Co.,L td.,X i p an 710068,Shaanxi,China)Abstract:In order to analyze dy namic response character istics of asphalt pavement under mult-i ax le moving lo ad,a three -dim ensio nal finite element mo del of asphalt pavement w as established by field investigatio n.T he influences of axle load w ith uniform distribution of sing le rear ax le,dual rear ax les and three rear ax les and the ax le load w ith non -uniform distribution of three rear ax les and the thr ee rear axles vehicles w ith im pending front ax le on pavement w ere studiedrespectively.Results sho w that the effect of each ax le o n pavement is independent w hen the w heelbase of m ult-i ax le v ehicle is bigg er than 3m.Increase of number of ax le makes the v ertical displacem ent of pav em ent superpose and m akes the max imal shear stress and compressive stress of pavement chang e inconspicuo usly.The influence of the m iddle ax le o f three rear ax les vehicle on the vertical displacem ent of pavem ent is the g reatest w hich increases by 23.7%and 18.2%compar ed w ith those of the front axle and rear ax le respectively.Besides,the middle axle and rear ax le has certain influence on the shear stress o f pavement,but each ax le has almo st no influence on the maximal com pressive stress o f pavement.The research results indicate that the non -uniform distributio n of ax le lo ad of m ult-i ax le vehicle has significant influence on pavement faliure.Key w ords:road engineering;asphalt pavement;numerical calculation;mo ving load;dynamic re-sponse;finite element model0引言随着物流业的快速发展,多轴重载车辆显著增加,也对沥青路面的力学性能带来了严峻的考验。
同时以往对沥青路面结构的力学分析,多以静态车辆荷载作用下的路面结构为研究对象,但实际上汽车总是以一定的速度行驶在路面上,实际路面承受的是移动荷载作用。
因此,许多学者开始关注于动态荷载作用下路面的力学响应,并开展了一些研究。
Cao等[1]应用Bett-i Rayleig h理论分析了移动荷载下考虑土基振动效果的力学响应;Cai等[2-3]研究了移动荷载下多孔弹性土基的力学响应,并提出一种近似计算方法;董忠红等[4]研究了移动荷载下倒装结构沥青路面的动力响应规律;郑木莲等[5]建立了三维有限元模型,研究了耐久性沥青路面混凝土基层的荷载应力;王斌等[6]研究了移动荷载作用下连续配筋混凝土路面的动力响应;董泽蛟等[7]建立了移动荷载作用下基于实测应变场的沥青路面三维瞬态动力分析有限元模型,分析了车速、横向作用位置、行驶状态对沥青路面竖向、横向以及纵向应变响应的空间分布和时程变化规律。
现行公路路面设计规范采用双轮组单轴轴载100kN作为标准轴载[8],仅适用于单轴轴载小于或等于130kN的各种车型轴载换算,且以车辆静态荷载作用下的路面结构为研究对象,难以反映多轴重车动态效应的影响。
因此本文中通过建立移动荷载下路面瞬态动力有限元模性,分别研究单后轴、双后轴及三后轴车辆移动时路面的动力响应。
1多轴车轴载调查高速公路的快速发展带动便捷的物流业的发展,同时多轴车、特大货车及拖挂车由于其增加轴数而不增加轴载,越来越成为交通运输的首选工具。
笔者选择了典型路段,对载重汽车不同车型的轴载分布进行了详细调查,结果如表1所示。
根据调查结果可以发现:载重汽车的主要车型为两轴整型车、三轴整型车和三轴半挂车,大货车占了相当大比例。
在调查中,还发现多轴车的轴重分布不均匀,并出现一种悬轴车。
悬轴车大部分是在表1轴载分布Tab.1Distributions of Axle Loads轴载/kN单轴单轮单轴双轮多轴双轮数量百分比/%数量百分比/%数量百分比/% 1~20309 6.29104 2.1221~4098720.11274 5.5820.0441~6088618.054318.78380.7761~80295 6.01159 3.2468 1.3981~10051 1.04149 3.04113 2.30 101~12060.12140 2.85140 2.85 121~14020.04173 3.52200.41 141~160195 3.97260.53 161~18079 1.61260.53 181~200300.61360.73 \201190.39151 3.08四轴的基础上增加了1个由气囊控制的轴。
中国治超标准规定,四轴车的装载量车货总质量不许超过40t,而五轴车的总质量可以达到50t,悬轴车在接受检测时将轴放下,行驶时却将1个轴提起来四轴运行。
本文中根据调查路段的交通特性开展研究,分析重载慢速下轴载分布不均匀和悬轴车对沥青路面结构力学响应的影响。
2分析模型及参数2.1有限元结构模型及参数调查路段的面层结构为:改性沥青A C13(厚4cm),70#沥青AC20(厚6cm),70#沥青AC25(厚8cm),水泥稳定碎石基层(厚0.18m),二灰土底基层(厚0.31m)。
考虑到轴距及移动荷载的影响,路面结构横向宽度(X方向)取为4m,纵向长度(Y方向)取为20m,土基以上各层在竖直方向(Z方向)取为结构层的实际厚度,土基深度取为2m,路面结构的三维模型如图1所示。
模型左右边界施加X 方向约束,底部施加固定约束,层间为完全接触,采用Solid45三维实体单元,单元总数165600,节点数179493。
本文中以山东省滨博高速公路的路面结构为例开展动态响应特性研究,采用瑞利阻尼假设表达路面结构的阻尼特性[9-10]。
根据该路段的技术资料,路面结构及各结构层参数如表2所示。