不同速度的移动荷载下沥青路面力学响应分析
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。
沥青路面结构力学响应分析研究
道桥建设2018年第13期121道路沥青路面须经受复杂多变的天气和作用力大且施加密集的车辆荷载反复作用。
过车之后容易出现路面品质逐年下滑从而显著降低道路使用寿命,而且造成资源浪费,不利于居民出行以及货物的中转运输,不能充分发挥道路功能。
研究在不同因素影响下的路面结构力学响应,有助于理解并掌握路面破坏机理,采取更加科学合理的应对措施,延长道路使用寿命。
基于此,文章系统阐述了荷载和气候因素对路面力学响应的影响,为公路养护部门和相关学者提供必要的参考。
1 荷载对路面力学响应的影响车辆荷载是路面需要承受的主要荷载,与道路的使用寿命直接相关。
研究车辆荷载对路面结构力学响应的影响,对了解路面破坏机理具有重要意义。
胡小弟等将荷载与路面之间的接触面近似为矩形,采用有限元计算程序ANSYS,分析x 及y 轴方向各为2.5m 范围内应力分布情况。
z 方向深度根据路面结构及所受车辆荷载的交通组成,并依据理论弯沉值进行调整。
计算结果表明,当车辆制动或启动时,所产生的水平力尤其是最大剪应力对路面结构具有较大影响,剪应力峰值作用位置不定,对柔性基层的影响比半刚性基层要明显,水平力作用下,面层层底的弯拉应力,尤其是y 方向引起横向裂缝的弯拉应力变化明显。
在上下坡等刹车频发地区路面容易破损,而曹卫锋对车辆动载作用下长大上坡沥青路面力学响应做了更加深入的研究。
利用大型有限元软件ABAQUS 建立车辆载荷作用下的长大上坡路段沥青路面结构的三维有限元模型,采用单侧双轮胎的加载方式,分析不同参数下的路面的力学响应。
理论计算表明:对于半刚性基层沥青路面,用沥青面层底部弯拉应变来评价其使用寿命是不合理的;较大的面层底部剪应变容易破坏面层与基层之间的粘结层,一旦粘结层破坏后,使面层结构的连接状态变为滑动状态,增加面层流动性,增加车辙发生的可能性。
因此,增强面层与基层之间的粘结强度,是抵制剪切破坏,提高路面寿命的有力措施。
2 气候对路面力学响应的影响2.1 温度对沥青路面结构动力响应的影响沥青面层材料是一种典型的温度敏感性材料,其力学特性和使用性能随温度的变化而显著变化。
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 )
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。
移动非均布荷载作用下的沥青路面动力响应分析
函数。 对于小阻尼结构 , 单元 的小 阻尼矩阵采用瑞利阻尼假设 ,
ve tc la d rci tn e il ha i r O nay i h na i ria n f t i on a g nta be v o ,t a lss e dy m c t rs ns o ap l pa m e u epo e f s hat ve nt nde d fee o hce oa s r i r nt f ve il l d w he h e ce si nioT m ot n t e v hil i n u f In i on.Th r s t ndc t h t e eul i iae t a s t m a i u l ngt di l e ie te s s n t it r e it he xm m o i u na tns sr s i l i he n e m da e sc in h u —bae he m a m um ongt i lc m pr si e to oft e s b s ,t xi l i na o ud esve sr s i i he sph t ve e s ra e O vel a sg fc ty tes s n t a a pa m nt u fc . l ro d ini a l i n
i r ae t e lyes o tes nc es d a r fsrs,w h c c ee ae e detuc o o h i h a c lrt d t sr t n f h i t a e e tucur . he p v m ntsr t e Ke or :aph l a e e t in t ee e ;m o i g oa yw s d s at p v m n ;f ie lm nt v n l d;
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
FWD荷载作用下沥青路面动力响应有限元分析
FWD荷载作用下沥青路面动力响应有限元分析论文
本文旨在探讨FWD(falling weight deflectometer)荷载作用下
沥青路面的动力响应情况,通过有限元分析的方式,分析其结构响应特性以及受力行为。
利用实验数据优化有限元模型,并将其应用于汽车对沥青路面进行路面质量评定。
针对FWD荷载作用下沥青路面,开展有限元分析。
根据有限
元理论,建立一个均匀的有限元模型,并运用经典的梁单元进行模拟,如Young-Von Karman模型。
同时,根据实验数据,
优化模型,使其最大程度反映真实情况。
此外,考虑地面材料的拉伸模量、剪切模量和泊松比,以及基础土的应力应变。
最后,基于不同的FWD荷载作用,计算路面的响应力,以及每
一段路面的形变,其中包括剪切变形、水平和纵向变形等。
结果表明,FWD荷载作用下沥青路面的动力响应随荷载的增
大而增大,荷载强度与响应之间呈线性关系,最终得出路面承载能力的最佳估计值。
此外,FWD荷载作用下沥青路面的形
变情况也随着荷载的增大而增大,且与不同部位的位移及形变有关。
经过有限元分析的研究,我们不仅可以更好地了解沥青路面的动力响应行为,而且还可以将最优预测值应用于汽车对路面进行质量评估中。
然而,路面在实际情况下还存在一些复杂情况,也需要进一步的研究和实验支持,更好地预测路面的响应性能。
总而言之,本文通过有限元分析的方式,研究FWD荷载作用
下沥青路面的动力响应现象,并优化有限元模型,更好地预测沥青路面的响应性能。
不同荷载模式作用下饱水沥青路面结构动力响应对比分析
ZHOU Zhigang1,LI Yan1,YU Wensheng1,2,PING G aoming1
( 1. Key Laboratory of Road Structure and M aterial,M inistry of Transport of PRC,Changsha University of Science and Technology,Changsha,China,410004; 2. Jiangxi Provincial Expressw ay Investment Group Co.Ltd. ,Nanchang, China,330000)
2019 年3 月 第35 卷 第 2 期
沈阳建筑大学学报( 自然科学版) Journal of Shenyang Jianzhu University ( Natural Science)
M ar. 2019 Vol. 35,No. 2
文章编号: 2095 - 1922( 2019) 02 - 0263 - 14
doi: 10. 11717 / j. issn: 2095 - 1922. 2019. 02. 09
不同荷载模式作用下饱水沥青路面结构 动力响应对比分析
周志刚1 ,李 岩1 ,俞文生1,2 ,平高明1
( 1. 长沙理工大学道路结构与材料交通行业重点实验室,湖南 长沙 410004; 2. 江西省高速公路投资股份有限公司,江西 南昌 330000)
研究生科研创新项目( CX2014B371) ; 道路结构与材料交通行业重点实验室( 长沙) 开放基金 项目( kfj150303) 作者简介: 周志刚( 1966—) ,男,教授,博士,主要从事道路工程方面研究.
海绵城市沥青路面结构力学响应分析
海绵城市沥青路面结构力学响应分析发布时间:2023-01-15T05:45:33.208Z 来源:《中国科技信息》2023年第17期作者:罗海龙[导读] 随着国内经济的快速发展,我国海绵城市沥青路面建设的进程也加快了速度。
为更好地设计海绵城市沥青路面结构,罗海龙中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 650051摘要:随着国内经济的快速发展,我国海绵城市沥青路面建设的进程也加快了速度。
为更好地设计海绵城市沥青路面结构,探究其力学响应的影响因素是非常关键的一个环节。
本文从海绵城市沥青路面结构力学响应影响因素对其力学响应的影响,以便为优化海绵城市沥青路面结构设计,减轻路面病害,延长路面使用寿命提供理论研究支撑,为进一步深入研究海绵城市沥青路面结构力学响应提供参考依据。
关键词:海绵城市;沥青路面;结构力学响应分析在经济迅速发展与国家对基础建设方面大力投资的环境下,我国城市化建设在过去的二三十年里得到迅猛发展。
海绵城市沥青路面是海绵城市最主要的路面结构,但由于其路面结构设计理论的不完善以及道路交通量的日益增多,使得较多的海绵城市沥青路面在建成通车不久后,发生较多的早期病害,缩短了路面使用寿命。
影响海绵城市沥青路面结构力学响应的因素很多,如路面结构的组合、材料特性、环境温度与湿度、荷载分布与作用大小,以及层间接触状态等。
为了更加准确地研究分析海绵城市沥青路面结构的力学响应,本文从层间接触状态、荷载条件以及温度等方面分析不同因素对海绵城市沥青路面结构的力学响应的影响,以便为优化海绵城市沥青路面结构设计,减轻路面病害,延长路面使用寿命提供理论研究支撑,为进一步深入研究海绵城市沥青路面结构的力学响应分析提供参考依据。
一、海绵城市沥青路面结构力学响应影响因素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。
行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响
收稿日期: 2008-12-16. 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50778057) ; 交通部西部交通科技建设项目( 200831800099) 作者简介: 赵延庆 ( 1972—) ,男,河南孟津人,副教授.
1254
北京工业大学学报
2010 年
下,分别测定了 7 个不同频率( 25、20、10、5、1、0. 5、0. 1 Hz) 下的动态模量. 动态模量试验过程及结果见文 献[4-5]. 利用试验结果,根据时间- 温度等效原理,就可以确定各层沥青混合料的动态模量主曲线和时 间-温度转换因子. 动态模量主曲线和时间-温度转换因子的数学模型及数值分析过程见文献[2,4],结 果如图 1 和图 2 所示[2]. 图 1 中的动态模量主曲线描述荷载作用频率对材料性质的影响,图 2 中的时间- 温度转化因子描述了温度对材料性质的影响. 这样,利用动态模量主曲线,结合时间 - 温度转化因子,就 可以分析荷载频率及温度的变化对沥青混合料动态模量的综合影响[6]
图 4 所示. 由图 4 可知,无论夏天或冬天,路面结构不同深度处的荷载频率和动态模量随着行车速度的增
加而增加. 在同一行车速度下,越靠近路表面,荷载作用频率越高. 对于动态模量,其变化不仅受荷载频
率的影响,而且还受温度场分布及沥青混合料类型的影响,所以动态模量的变化较为复杂. 为了便于比
较,以行车速度为 10 km / h 时得到的荷载频率及动态模量为基准,计算了其他行车速度时得到的荷载频率
北京工业大学学报 JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol. 36 No. 9 Sep. 2010
行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响
赵延庆1 ,于 新2 ,谭忆秋3
车辆动荷载作用下路面结构动响应分析最后祥解
载重对沥青路面结构动力响应影响分析
1、载重对竖向位移响应影响
对于沥青路面层同一深度,载重的增加与沥青路面竖向位 移的增加呈正比例关系。
竖向位移随载重变化曲线
2、载重对垂直动应力的影响
垂直动应力随载重的变化曲线
沥青路面层4cm处垂直动应力随超载率的变化曲线
3、载重对动应变的影响
弹性应变和塑性应变是组成动应变的最主要的两个部分, 不同轮载作用,动应变将随之发生变化。由图可知,路面路 基的应变,随着荷载的增加,都在增加。
研究现状
现有的沥青路面结构设计理论中,通常采用 静态加载模式设计路面各结构层厚度。这种方法 适用于车速较低、车载较小的情况,但随着汽车 工业的快速发展,车辆的速度越来越快,重型汽 车也越来越多,因此研究行驶的车辆对路面产生 动荷载作用下路面结构的力学响应具有重要的理 论意义和潜在的应用前景。
路面平整度Leabharlann 连续式平整度仪3、单向位移累积值VBI
单向位移累积值VBI是车辆在路面上行驶时后轴与车厢之 间的单向位移累积的总和与行驶的路面总长度之比,测试车 辆在路面上行驶时与路面相互作用产生振动,引起车厢和车 轴的相对位移,这样就可以通过感应器测量出汽车在行驶一 段距离后相对位移的总和,进而得出VBI值,单位cm/km。
垂直动应力σz沿横向距离的变化规律
2、沥青路面各层动态响应的水平动应力
水平动应力时程曲线图
荷载作用下,沥青路面 响应主要有压应力和拉应 力,而且是交替变化着。 路面层产生压应力,在路 面层顶部有最大压应力, 而后随深度增加从上往下 逐渐减小,到达底基层时, 压应力趋于零,拉应力慢 慢增大,在基层与底基层 结合部拉应力达到较大值, 到达底基层底部时拉应力 最大。
(4)沥青路面结构处于三向受压状态,产生破坏主要原因是 层间存在大量的剪应力;沥青路面结构层底拉应力是引起疲劳 破坏的最主要因素,且最大水平和横向拉应力均发生在底基层 底部,因此,路面结构的疲劳破坏将沿着路面结构深度从底基
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。
影响沥青路面力学响应因素的综述
影响沥青路面力学响应因素的综述摘要:由于沥青路面具有施养简便、行车舒适、平整耐磨等优点,故广泛应用于我国高速公路工程建设中。
随着我国经济及交通的迅速发展,导致高速公路的交通现状逐渐表现为流量大、速度高、轴载重的特点,因此沥青路面在超载重载长期作用下经常容易产生车辙、开裂等病害,使得沥青路面的使用性能及寿命降低,从而严重影响到高速公路的行车舒适和安全。
为了研究沥青路面的破坏机理以及在不同荷载条件和温度和各层间接触状态等条件下,路面应力应变变化规律,本文系统阐述了荷载、温度、层间接触状态已经不同路面结构组合对沥青路面结构力学的响应机理和研究方法。
结合人为因素和自然因素等实际情况,为相关分析研究提供参考。
关键词:路面力学响应;温度;车辆荷载;层间接触状态;路面结构组合0引言国内外大量研究表明,对沥青路面力学响应影响比较明显的因素主要有荷载、温度以及各层间接触状态等。
荷载的大小不同、荷载接触形式的不同和作用的组合形式不同对路面力学响应的影响不同。
而沥青又是一种典型的温度敏感性材料,其力学特性随温度的变化而显著变化。
层间接触状态的良好与否,同样也层间是否出现滑移剪切破坏的重要原因。
研究在不同因素影响下的路面力学响应,为更加科学合理的路面设计方案提供必要的参考。
探究不同的路面结构形式和不同结构组合的沥青路面不同的力学响应,从而能够了解不同路面结构沥青路面的特性,完善不同路面结构沥青路面的设计过程。
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。
为了计算方便,一些学者对沥青混合料模量的研究时,常将接粗面假定为规则的几何图形进行力学计算。
而谢水友[1]认为,接触面形状与作用的荷载大小有关,当作用的荷载较小时,接触面形状为椭圆形;当作用的荷载较大时,接触面的形状为矩形。
彭卫兵[2]等人又认为,轮胎与路面的接触形状应该是一个矩形加两个半圆的形状。
假定的接触面形状不同,力学分析所得的结果也就不同。
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
S HANXI ARCHI ’ 兀 『 1E RI
V0 . 6 No 1 13 . 5
Ma . 2 1 y 00
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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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车辆荷载作用下沥青路面的动力响应研究
车辆荷载作用下沥青路面的动力响应研究作者:兰家泉来源:《西部交通科技》2023年第07期作者簡介:兰家泉(1989—),工程师,主要从事工程管理相关工作。
摘要:为研究车辆荷载作用下沥青路面的动力响应,文章基于离散元方法,利用PFC 3D 软件建立沥青路面的三维数值模型,分别施加静载、振动荷载和移动荷载,考虑车辆与路面之间的相互作用,对车辆与道路之间的相互作用进行模拟,得到主要结论:通过PFC 3D软件建立沥青路面几何模型,并通过单轴压缩试验结果进行细观参数标定,可得到符合实际情况的沥青路面离散元数值模型;沥青路面在静载和振动荷载作用下,位移随着颗粒与荷载作用面距离的增大而减小,不同深度垂向正应力随着路面深度的增加而减小;在移动荷载下,随着荷载逐渐向测点移动,沥青路面各个结构层垂向位移逐渐增大,随着深度的增加,垂向正应力逐渐减小,但应力响应时间延长。
关键词:沥青路面;离散元;车-路相互作用;动力响应中图分类号:U416.2170 引言近年来,随着我国交通工程的不断推进,高速公路的总里程数迅速增加,其覆盖范围得到了巨大的改善。
然而,高速公路建设中的问题也显露出来,例如道路的使用寿命较短。
因此,对工程质量提出了越来越高的要求。
沥青路面因其具有整体强度高、低振动、良好的稳定性等优点,得到了广泛应用。
但沥青路面的劣化问题随着高速公路里程的增加变得更加明显,导致高速公路常常无法达到预期的使用寿命。
沥青路面的劣化原因通常被认为是长期的车辆荷载与日照、降雨等外部环境因素的共同作用导致的[1]。
目前,国内外学者对沥青路面的力学响应特征研究、车路相互作用研究与宏细观结合多尺度研究都取得了较多的成果。
庄传仪[2]通过柔性基层足尺直道试验路以及野外实体工程生产试验路,进行结构模拟试验和长期性能观测,对沥青路面结构设计指标、参数等相关问题进行了研究,并提出了柔性基层沥青路面结构设计关键技术问题的解决方案。
李皓玉等[3]建立了路面的三维有限元模型,将车辆系统简化为二自由度四分之一汽车悬架,模拟移动车-路相互作用下路面各个结构层的动力响应。
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
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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
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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
城市道路沥青路面结构力学响应分析
25 .
2.5 7 3 32 .5 35 .
图 3 三 种 计 算 结 构 路 表 弯 沉 趋 势 图
12 .5
l5 _ 17 .5 2 22 .5
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市 道 路 沥 青 路 面 设 计 及 结 构 选 取 提 供 准 确 、 靠 可 的参 考 依 据 。
1 路 面 结 构 方 案 及 计 算 说 明
11 路面 结 构 调 查 .
本 文 通 过 路 面钻 芯 取 样 调 查 ,确 定 济 南 市 区 世纪大道 等 l 0余 条 主 、 干 道 , 分 结 构 组 合 情 次 部
道 路今 后主要 的结 构形式 。
关 键 词 : 市 道 路 ; 青 路 面 ; 刚 性 基 层 ; 合 式 基 层 ; 性 基 层 ; 学 响 应 城 沥 半 复 柔 力 中 图 分 类 号 : 4 62 7 文 献 标 识 码 : 文 章 编 号 :0 9 7 1 ( 0 )5 0 7 - 6 U 1.1 A 10 — 76 2 1 0 - 15 0 1
在 x_ Z平 面 内 。 因此 在 力 学 分 析 时 , 计算 该 平 只 面 内 的应 力 、 变 及 竖 向变形 。 X方 向上 取 l 应 在 9 个 坐 标 点 , 表 4所 列 ; 见 Z方 向上 , 根 据 具 体 结 将 构 的差 异 有所 不 同 。
表 4 路面 结构 力学计算 点 X坐标 分布表 坐标值的半径倍数
0 引 言
半 刚 性 基 层 由于 强 度 高 、冈 度 大 、承载 能力 《 强 , 相 对 造 价 低 廉 , 为 我 国 城 市 道 路 沥 青 路 且 成 面 主要 基 层 结 构 形 式 。然 而 其 本 身 干 缩 与 温缩 特 性 , 致 沥 青 面 层 产 生 反 射 裂 缝 , 可 避 免 的造 导 不 成 沥 青 路 面 的早 期 结 构 性 破 坏 , 之 半 刚 性 基 层 加 维 修 养 护 比较 困 难 , 得 这 一 主 流 基 层 形 式 凸显 使 出严 重 的路 用 性 缺 点 l。为此 , 市 道 路 沥青 路 面 】 】 城
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
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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
e e n d a C 1 me t yn mi me h d t o was d p e a d t e — m nS o a ( D S m a on l a o t d n a hr e di e i n l 3 ) i ul ti a mo e1 o d f r
as a t p v m nt un e h o n o as e t bl h d S me me ha i al r p ns f p ve e t ph l a e e d r t e m vi g 1 ad w s a s e . o c n c es o e o a m n i
开题报告-动荷载作用下沥青路面动态响应
国外学者也对路面动力学进行过研究。如美国“战略公路研究计划”就有相当大的部分是研究路面动力学,欧洲经济发展与合作组织在这方面也做了大量的研究。现在路面动力学正成为公路科研领域国际学术界最热门的话题之一。在50年代到70年代初,对运动荷载问题的研究多集中在弹性半空间体的分析上,应用积分变换和复变函数中的解析函数理论,成功的得出了均与速度的点何在下的弹性体半空间体动力响应的理论解。但在其后很长一段时间内,对运动负荷的研究几乎停止。这一方面是因为在求解点何在下的弹性半空间动力响应的理论已经接近完美;另一方面是因为在求解负载结构的动力响应时,在数学及力学上都遇到了极大的障碍。
探究出目前在路面结构动力学的研究中,主要有2种思路:
(1)利用建立的车辆模型,直接计算轮胎的动态力,即车辆施加给路面的动载,然后利用动载系数将动载的影响转化为标准轴载作用次数的修正系数或路面的静力响应如应力、应变的修正系数,即反映在路面使用性能和寿命的评价预估模型中。借助这种思路,可分析参数对车辆动载的影响,继而对路面寿命的影响。
第五阶段:2008年5月21日——20088年5月31日——2008年6月7日完成论文整理材料准备答辩
指导教师意见及建议:
指导教师签名:
年月日
注:1、课题来源分为:国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目;课题类型分为:工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。
路面力学理论是路面设计与计算的基础,它专门研究如何应用弹性力学、材料力学、粘弹性力学以及断裂力学等知识解算路面体系内的应力和位移并验算路面的结构强度。路面体系在结构上比较复杂,它往往是一个大面积的层状结构,支撑在无限的地基上,再加上材料的非弹性性质,在解算它的内力时会遇到很多
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不同速度的移动荷载下沥青路面力学响应分析摘要:本文利用有限元软件ABAQUS6.10模拟了汽车分别以10 km/h、30 km/h和60 km/h三种速度在公路上行驶时各结构层的力学响应情况,得出各结构层底的竖向应力、水平剪应力以及竖向剪应力的随时间变化的规律。
关键词:移动荷载力学响应沥青路面Abaqus
1 移动荷载模型的建立
汽车总是以一定的速度在公路路面上行驶,除了对路面有垂直方向上的作用力外,还会产生一个水平方向上的力。
为了使问题简化,在汽车正常行驶时,假设汽车轮载为垂直均布矩形荷载,且轴载组合为单轴双轮,由于对称所以文中只分析一侧的双轮情况。
1.1 基本假设
本文基于弹性层状理论体系,应用ABAQUS6.10建立了八结点线性六面体单元(C3D8R)的三维有限元模型,长宽高的尺寸分别为8 m×6 m×3 m,并对模型做了如下基本假设。
(1)各结构层为均匀、连续且各向同性的弹性体,应力应变关系符合广义胡克定律。
(2)结构层之间为完全连续状态,在垂直方向上位移连续。
(3)各结构层厚度一定且接触良好。
(4)不考虑自重应力场。
(5)道路表面为水平面且不考虑不平整度和横纵坡度的影响。
1.2 参数的选取
在动态分析中,考虑到阻尼力和惯性力的影响,选取参数时,弹性模量和密度可以通过室内实验获取,而对阻尼系数的测定是比较困难的,因此,本文通过查阅相关资料采用了简化的Rayleigh阻尼。
为了便于计算,给定阻尼矩阵系数α,假设阻尼矩阵系数β为0,具体数值见表1。
1.3 移动荷载在有限元模型中的实现
对移动荷载的施加本文是通过ABAQUS自编子程序来实现的,荷载沿设定好的路径随着时间的变化向前移动。
首先,沿模型的纵向即行车方向设置荷载移动带,因为文中是模拟的单抽双轮的轴载组合,由于对称只分析一侧的双轮情况,所以移动带是由两条长矩形组成,长度为路面的纵向长度,宽度为施加的均布载荷宽度。
然后,将两条长矩形细分成许多小矩形,小矩形的尺寸依计算精度而定,本文中每个小矩形的大小为0.213 m×0.167 m,相当于标准圆形均布荷载作用于路面。
2 移动荷载下沥青路面结构响应分析
以上实现了道路上移动均布荷载的施加,在结果分析中,以10 km/h的速度作为参考,分析了各结构层在移动荷载下竖向应力、水平剪应力以及竖向剪应力的分布规律,并通过对三种速度下的路面结构响应对比,找出车速对路面的影响规律。
2.1 竖向应力的响应分析
由图1可以看出,路面各层在垂直方向上主要承受压应力,随着行车荷载逐渐接近计算点位,各结构层的压应力也逐渐增大,最大值出现在上面层,其值为0.41 MPa,压应力随深度的的增加呈现减小的趋势,而且幅度越来越大,到底基层底面(76 cm)时压应力基本趋近于零。
2.2 剪应力的响应分析
由图2所示,当行车荷载驶近和远离计算点时,各结构层都承受了方向相反的两次水平剪应力的变化,无论是正值还是负值,随着深度的增加水平剪应力都呈现出减小的趋势,最大剪应力出现在上面层,其值分别为0.009 MPa和-0.009 Mpa。
图3显示了行车荷载下路面竖向剪应力的时程变化,从中我们不难看出,当行车荷载驶近和远离计算点位时,各结构层的竖向剪应力和水平剪应力一样,都承受了方向相反的两
次剪应力的变化,即各层都经历了先负后正的剪应力变化。
从面层到基层,应力随着深度的增加而增大,在沥青碎石层(20 cm处)达到最大值-0.045 MPa和0.05 Mpa。
2.3 不同车速下的应力响应分析
以上分析了车速为10 km/h下的路面结构响应,为了更好地了解车的行驶速度与路面响应之间的规律,本文选取了10 km/h、30 km/h 和60 km/h三种车速,以这三种速度下的路面各种响应的最大值为依据,如表2,通过对比,分析了车速对沥青路面结构响应的影响。
从表2可以看出,不同车速下的剪应力变化规律是一样的,只是数值随着速度的增加有所减少,水平剪应力突变前后的峰值都出现在上面层,从10 km/h到30 km/h,突变前的峰值减少了27.8%,突变后的峰值减少了26.7%;从10 km/h到60 km/h,突变前的峰值减少了51.1%,突变后的峰值减少了65.6%。
竖向剪应力的最大值仍然出现在沥青碎石层,突变前后的峰值也随着车速的增加有明显的减小,幅度最大的减小了近75.8%。
3 结论
ABAQUS是一款计算精度比较高的软件,本文通过其自编子程序实现了行车荷载随时间和空间变化的特点,比较真实地模拟了移动均
布荷载下沥青路面的结构响应,发现应力在行车荷载下存在着一定的规律:
(1)水平剪应力S13和竖向剪应力S23具有突变性,当行车荷载经过计算点上方时,各结构层都承受了方向相反的两次剪应力的变化,这种多次反复的变化对路面车辙的产生具有一定的影响。
(2)结构层内的最大竖向压应力S22出现在上面层,并且随着深度的增加应力逐渐减小。
(3)路面结构层内的应力随着车速的增加都趋于减小,低速条件下行驶的车辆对路面受力不利。
参考文献
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