移动荷载作用下饱和沥青路面动力响应三维有限元分析

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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。

三维有限元在沥青路面结构性能分析与设计中的应用

直于Ｚ轴的断面为行车道路的横断面，直于Ｘ轴垂的断面为行车道路纵断面。ｒ表示距离轮隙中心的距离（）计算结果如图２图５所示。ｍ。～
平和向位论弯幅路
面）。采用标准轴载ＢＺ一１０进行分析计算。为了ｚ０便于有限元分析，量轮胎接地为矩形。行车方向当取的轮胎长度为当量圆直径２艿为当量圆半径占（１．５ｍ）轮胎与路面的接触面积简化为０１７０６ｃ。．６ × ０２３矩形＿Ｊ接地面积为００６。．１的２，。．３ｍ
三维有限青路面结构性能元在沥分析与设计中的技术学院建筑工程系，内蒙古呼和浩特００７）１００摘要：于ＡＮＳ基ＹＳ软件，析了沥青路面结构在标准荷栽作用下不同位置的响应。结合有限元分ＡＰＤＬ语言和互交式操作命令，制了沥青路面结构设计通用程序，与ＨＰ编并ＤＳ设计程序计算结果进行了对比。算结果表明编制的沥青路面结构有限元设计程序是可行的，沥青路面结构设计提供了一种计为
１建模方法模型采用弹性层状连续体系，体系在水该竖直方向上是无限伸展的，基底面较深处各土移为零，侧水平方向较远处位移为零。两笔者土基厚度选取根据路面结构，据理依沉的大小进行调整 ¨。模型宽度取８（半１］ｍ约

移动荷载作用下Winkler地基的沥青路面动力响应

用积分变换法推导了板挠度的Ｇｅｎｒ函数，ｅ并利用移动荷载作用下，ｅｉＫｌｎ地基上无限大Ｋｒｈｏｆｖｉｈｆｃ
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：３ｂｂ．ｕｎ理ｈｔ／ｘ．ｕｅ．ｐ／ｎｄｃ基金项目：浙江省自然科学基金（０６７）；江省科技计划项目（０８３００）．Ｙ１７３浙２０Ｃ１３第一作者：刘干斌（９６），，西吉安人，士眉０１７一男江博教授，主要研究方向：基路面工程． — ｉｌｇ７＠１３ｏ路Ｅｍａｌｉｂ６６ｒ：ｕｃｎ
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，ｎｌ粘Ｗｉｅｋｒ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ｑｅｏ，长２宽２，以速度ｃｘ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Ｗｉｌ模型，ｎｅｋｒ路面的竖向位移为（ｘ，．，ｆｚ）
第２３卷第２期２１００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

存在端得边界条件采用固定约束阻尼，其动态响应是阻尼的
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，
ｖｅｔｃｌａｄｒｃｉｔｎｅｉｌｈａｉｒＯｎａｙｉｈｎａｉｒｉａｎｆｔｉｏｎａｇｎｔａｂｅｖｏ，ｔａｌｓｓｅｄｙｍｃｔｒｓｎｓｏａｐｌｐａｍｅｕｅｐｏｅｆｓｈａｔｖｅｎｔｎｄｅｄｆｅｅｏｈｃｅｏａｓｒｉｒｎｔｆｖｅｉｌｌｄｗｈｅｈｅｃｅｓｉｎｉｏＴｍｏｔｎｔｅｖｈｉｌｉｎｕｆＩｎｉｏｎ．Ｔｈｒｓｔｎｄｃｔｈｔｅｅｕｌｉｉａｅｔａｓｔｍａｉｕｌｎｇｔｄｉｌｅｉｅｔｅｓｓｎｔｉｔｒｅｉｔｈｅｘｍｍｏｉｕｎａｔｎｓｓｒｓｉｌｉｈｅｎｅｍｄａｅｓｃｉｎｈｕ —ｂａｅｈｅｍａｍｕｍｏｎｇｔｉｌｃｍｐｒｓｉｅｔｏｏｆｔｅｓｂｓ，ｔｘｉｌｉｎａｏｕｄｅｓｖｅｓｒｓｉｉｈｅｓｐｈｔｖｅｅｓｒａｅＯｖｅｌａｓｇｆｃｔｙｔｅｓｓｎｔａａｐａｍｎｔｕｆｃ．ｌｒｏｄｉｎｉａｌｉｎ
ｉｒａｅｔｅｌｙｅｓｏｔｅｓｎｃｅｓｄａｒｆｓｒｓ，ｗｈｃｃｅｅａｅｅｄｅｔｕｃｏｏｈｉｈａｃｌｒｔｄｔｓｒｔｎｆｈｉｔａｅｅｔｕｃｕｒ．ｈｅｐｖｍｎｔｓｒｔｅＫｅｏｒ：ａｐｈｌａｅｅｔｉｎｔｅｅｅ；ｍｏｉｇｏａｙｗｓｄｓａｔｐｖｍｎ；ｆｉｅｌｍｎｔｖｎｌｄ；

移动荷载作用下渗流-应力耦合沥青路面动力响应

移动荷载作用下渗流-应力耦合沥青路面动力响应司春棣;陈恩利;杨绍普;王扬;郁圣维【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)015【摘要】水与荷载的耦合作用是沥青路面早期破坏的主要原因之一。

采用有限元数值分析方法，在弹塑性假设下利用 ABAQUS 软件，建立降雨入渗条件下的渗流-应力耦合沥青路面三维有限元模型，给出了材料参数、边界条件和荷载作用形式，实现了均布竖向移动荷载作用下的数值模拟，得到了耦合作用下沥青路面三向应力、竖向沉降、孔隙水压力等的空间分布情况，并与无水状态下应力场模型进行了对比分析，结果表明，渗流-应力耦合作用下，沥青路面各结构层内三向应力动力响应特性较无水状态时不同，使得沥青路面受力状态不利从而更易产生结构性损坏。

【总页数】6页(P92-97)【作者】司春棣;陈恩利;杨绍普;王扬;郁圣维【作者单位】石家庄铁道大学交通环境与安全工程研究所，石家庄 050043; 河北省交通安全与控制重点实验室，石家庄 050043;石家庄铁道大学交通环境与安全工程研究所，石家庄 050043;石家庄铁道大学交通环境与安全工程研究所，石家庄 050043;石家庄铁道大学交通环境与安全工程研究所，石家庄 050043;石家庄铁道大学交通环境与安全工程研究所，石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】U416.2【相关文献】1.非均布移动荷载作用下黏弹性沥青路面动力响应分析 [J], 黄志义;陈雅雯;颜可珍2.移动荷载作用下结构参数对沥青路面的动力响应分析 [J], 王强;刘运丹;李志勇3.移动非均布荷载作用下的沥青路面动力响应分析 [J], 杨春风;王雷4.多轴移动荷载作用下长大上坡沥青路面动力响应研究 [J], 张扬;韩延波;韩蕊5.移动非均布荷载作用下的沥青路面动力响应分析 [J], 翟忠伟因版权原因，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。

沥青道路三维有限元模型的建立及验证

２１年０１
处和无限深处应力及位移均为零；
域（车辆行驶区域和ＦＷＤ加载区域）网格划分加密，而将其他区域网格粗化．路面结构三维有限元分析模型如２所示：ｘ轴为车辆行驶方向，Ｙ轴为垂直位移，轴垂直于车辆行驶方向．ｚ
ｍ
图１路面三维模型尺寸
２１３有限元模型边界条件处理．．
边界条件选取的正确与否对于计算结果的影
第５期
王延龙，：等沥青道路三维有限元模型的建立及验证
７１０
响较大，根据沥青路面实际受力情况，假定底面上没有位移，固定约束；左右两端，Ｘ＝，９３即０Ｘ＝．０处，没有ｘ方向位移，但有Ｙ方向位移，以只约所束ｘ方向；前后两端，Ｚ＝，５２５，即０Ｚ＝．３处没有ｚ方向位移，但有Ｙ方向位移，所以只约束ｚ方向．２２沥青路面有限元三维模型精确验证．
１有限元模性的建立及试验路段选取
选取一条典型路段，并依据该试验路段的设计
参数建立路面三维有限元模型，路面结构及材料参数如表１所示．
表１试验路段结构
２有限元模性的建立及验证
２１沥青路面三维有限元模型的￣－ｔ．Ｏ】，－
图３理论解与有限兀解的对比
竖向应力与数值计算比较
Байду номын сангаас
４各层之间的接触面为层间完全连续，）其上位移完全连续．
２１２路面结构三维有限元模型的建立．．根据以上的假设，用ＡＳＳ有限元计算程利ＮＹ

三维有限元法在沥青路面加铺层结构分析中的应用

三、总结分析
１．路面的结构刚性会受到旧路面同新的加铺层地面之间接触面的稳
ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶ
定状况的影响，并且该影响是对受力状态的直接影响。其结构计算应当
狄上威韭Ｊ；；上基
通过维有限元模型分析进行计算，若间层具有较为良好的接触状况，那么加铺层在其附近所具有的温度应力将会有所提高。２．在刚度上加铺层同旧路面相比相对较低，因此在厚度上对加铺层继续增加，但是无法提高路面结构的整体刚度的，起不到有效的作用。只能影响到加铺层顶面受到荷载后向底面扩散的程度，并且加铺层地面分布范同随着加铺层厚度的变化也会有所变化。３．若将温度变化因素考虑在内，那么通过加厚加铺层可以相应的减少由于路面自身结构受到温度变化而产生的变化幅度，从而降低由于旧路面弯曲以及伸缩层温度形变而对加铺层的影响，即减少接缝处所受到的温度应力。但是若是层间条件本身就不太理想，那么通过增加加铺层的
三维有限元法在沥青路面加铺层结构分析中的应用
长春建筑学院李化东吉林长春１３０６０７
【摘要】文章主要针对软夹层在道路阻裂中的作用，通过对有限元方式的应用的介绍，以此为理论依据建立了三维空间模型。在此基础上对沥青加铺层所发生的病害进行了分析，以此为旧路改造中加铺层的利用提供相关理论依据。【关键词】加铺层反射裂缝三维有限元中图分类号：Ｕ４１６文献标识码：Ａ文章编号：１００９ — ４０６７（２０１４）１０ — ２４１ — ０１
一
、
三维有限元分析理论概述

动载作用下沥青路面车辙三维有限元分析

第７卷第１期２１００年２月
现代交通技术
ＶＩＮ．Ｏ．Ｏ１７
Ｆｅｂ．２Ｏ１Ｏ
动载作用下沥青路面车辙三维有限元分析
梁涛，王艳荣
（陕西省铜川公路管理局，陕西铜川７７３）２０１
摘
要：针对沥青路面纵坡路段的车辙问题，用矩形波动荷载加载，采利用三维有限元数值法对重载，慢速及高
地基采用扩大尺寸模拟，寸拟定为１．ｒｘ．ｍＸ尺２５ｅ７５８ｍＥ。结构层主要计算参数见表１和表２如无说（明，取１均０℃时模量）。有限元网格划分见图１。
表１沥青路面结构参数和材料参数
性多层体系的理论模型，对动载的考虑很少＿然而３＿。
车辆在行驶过程中，由于路面不平整引起的车辆振动，使得路面实际承受的载荷是不断变化的动载，设计路面与实际有所出入。外，青路面对温度十另沥分敏感，沥青混合料的弹性模量等都随着温度的变化而变化。因此，文利用ＡＳＳ大型有限元软件本ＮＹ对不同载重、不同车速及不同面层模量下的沥青路
随着我国国民经济的不断发展，输车辆中大运型货运车辆的比重不断上升，车辆超载现象十分普遍，重载车辆日益增加。超载、限现象极大地降低超了路面的服务功能和使用寿命，加了公路的养护增

动载作用下沥青路面三维力学响应有限元分析

ＬＩＨｏｎｇ－ｙｉｎｇ
（ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｉｇｈｗａｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｒｅａｕ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｕｓｅｔｈｅａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｔｔｅｒａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｉｔｓｄｕｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓａｆｅｔｙ，ａｍｏｄ・ｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＡＮＳＹＳ７．０ｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｗａｙｗｉｔｈａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｕｃｒｔｕｒｅ．Ｔｈｅｎ３Ｄｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｆｔｅｒｇａｔｈｅｒｉｎｇ，ｎｅａｔｅｎｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ
ｆｏｒｔｈｅｌａｃｋｏｆｓｔａｔｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｃａｎｍａｋｅｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｍｏｒｅｒａ —

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１０ｋｎ，０ｍＡ时路基顶面压应变已达到１１０一。美国各州公路工作者协会（ＡＨＯ）７ ×１ｅＡＳ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，４２ｌ％发生在基层，５４％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３６卷第１５期２０１０年５月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩ ’ 兀『１ＥＲＩ
Ｖ０．６Ｎｏ１１３．５
Ｍａ．２１ｙ００
・２８１・
文章编号：０９６２（００１—２１０１０ —８５２１）５０８—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。
口
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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

维普资讯
１０
广西工学院学报
００
第１７卷
一一＂导辎重』］
Ｋｈ荷载作用的时间分别为００７Ｓ００９Ｓ和００６Ｓ，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
Ｊｎ．０６ｕｅ２０
１０・４０（０６０ — ０９００４６１２０）２００— 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５００；３０４２．长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，西西安７０６）陕１０４
维普资讯
第１卷第２期７２００６年６月
文章编号
广西工学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＵＡＮＧＸｌＵＮＩＲＩＦＴＥＨＶＥＳＴＹＯＣＮＯＬＹｏＧ
Ｖｏ１７Ｎｏ．．Ｉ２
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

沥青路面车辙变形的三维粘弹性动力有限元分析

Ｓｉａｈａｇ００３，Ｐ．Ｒ．Ｃｉａｈｊｚｕｎ５０１ｉｈｎ）Ａｂｓｒｃ：ｓｄｏｈｅｙｍｉｃｉｔｅｈｉｌｓａａｅｎｔａｓｍｐｉｉｄｍｏｄｌｏｈｉｌｎｍｉｔａｔＢａｅｎｔｄｎａｃａｔｏｎｂｅｗｅｎｖｅｃｅｎｄｐｖｍｅ，ｉｌｆｅｅｆｖｅｃｅｄｙａｃｌｄｉｇｃｕｓｄｂｕｆｃｖｎｎｓｓｅｓａｉｈｅｏａｎａｅｙｓｒａｅｅｅｅｓｗａｔｂｌｓｄ．ＴｈｉｅｅｒｈｍａｅｉｓｉｌｏｆｎｄａＡｓａｔＰａｍｅｓｒｓａｃｄｔｐｏｓｂｅｔｉｐｈｌｖｅｎｔ
中图分类号：１．１Ｕ４６２７
文献标志码：Ａ
文章编号：０６７２（０８０ —０２０１０－３９２０６０３ —５Ｊ
ＡＶｉｃ。ｌｓｏｐｌｓｉｎｔｅｅａｙｉ３Ｄｓｏ。ａｔ－ａｔｃＦｉｉｅＥｌｍｎｔＡｎｌｓｓｅ
第３Ｏ卷
第６期
重庆建筑大学学报
ＪｕｎｌｆＣｈｎｑｎｉｎｈｉｅｓｔｏｒａｏｇｉｇＪａｚｕＵｎ
Ｄｅ．２８Ｃ００
２００８年１２月
沥青路面车辙变形的三维粘弹性动力有限元分析
何兆益，雷婷陈洪兴王国清候岩峰，，，
（．庆交通大学１重土木建筑学院，庆重
４０７；．北省邯长高速公路建设处，家庄００４２河石

多轴移动荷载作用下长大上坡沥青路面动力响应研究

指标。
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：Ｕ４１６．２１７文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３— ６０５２（２０１３）０４—００１９— 多轴重载车辆显著增
运营进一步检验。
ＢｒｉｅｆＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｕｂｂｅｒＡｓｐｈａｌｔＣｏｎｃｒｅｔｅｉｎＬｉａｏｋａｉＥｘｐｒｅｓｓｗａｙ
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８．５ｃｍ，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
，
ｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ．
ＫｅｙｗｏｒｄｓＲｕｂｂｅｒａｓｐｈａｈ；Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｃｏｎｔｒｏｌ；Ｐａｖｅｍｅｎｔｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅ

移动荷载作用下沥青路面的动力响应分析

ｒｅｓｐｏｎＳｅ
收稿日期：２０．８２．０６０．８
作者简介：舒富民（９Ｉ，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。Ｉ８一）
维普资讯
ＩＲｅａｃｈＴＳｓｅｒＣｅｔｅｎｒ，ＳｏｔｈａｓＵｎｉｅｉｙ，ｕｅｔｖｒｓｔ
Ｎｎｉｇ２０９ａｊｎ１０６，Ｃｉａｈｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｏｍｅｄｅｆｉｅｎｃｉｅｓｅｘｉｓｔｎｃｕｒｒｅｎｔａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｄｅＳｉｇｎｍｅｔｈｏｄＳｗｉｔｈｏｕｔｔａｋｉｎｇＣｉｉ
ｔｅｆｅｓｆｄａＣｏａｉｔｃｏｎｈｅபைடு நூலகம்ｆｃｔｏｙｎｍｉｌｄｎｏａｃｕｔ．Ｉｔｉｐｒｈｅｈｅ — ｍｎｓｏｎｌ（ＤｆｉｉｅｎｈｐａｅｔｔｒｅｄｉｅｉａＳ３）ｎｔ
ｅｅｎｄａＣ１ｍｅｔｙｎｍｉｍｅｈｄｔｏｗａｓｄｐｅａｄｔｅ — ｍｎＳｏａ（ＤＳｍａｏｎｌａｏｔｄｎａｈｒｅｄｉｅｉｎｌ３）ｉｕｌｔｉａｍｏｅ１ｏｄｆｒ
ａｓａｔｐｖｍｎｔｕｎｅｈｏｎｏａｓｅｔｂｌｈｄＳｍｅｍｅｈａｉａｌｒｐｎｓｆｐｖｅｅｔｐｈｌａｅｅｄｒｔｅｍｖｉｇ１ａｄｗｓａｓｅ．ｏｃｎｃｅｓｏｅｏａｍｎｉ

开题报告-动荷载作用下沥青路面动态响应

LaPlace一Hankel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弹性层状体系动态反应的理论解，并对某高速公路试验路进行了理论计算和现场实测的比较。蒋建群，周华飞就弹性半空间在移动集中荷载下的稳态响应做了分析，并给出了弹性半空间内部动力响应和表面位移解。
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

超载对沥青路面最大剪应力影响的三维有限元分析

超载对沥青路面最大剪应力影响的三维有限元分析
摘要：据调查，汽车超载在发展中国家是一个普遍存在的问题，特别是在我国公路上这种现象更加普遍，这将对路面结构产生很不利的影响。

本文采用三维有限元分析方法,分析了半刚性基层沥青路面结构在不同的超载量情形下最大剪应力。

关键字：最大剪应力；超载；有限元；沥青路面
沥青路面结构实际上是三维的工程构造物，承受移动的汽车荷载,结合当时路面实际交通轴载大小以及计算手段，工程中取标准轴载并编制诺谟图进行计算，随着计算水平的提高和计算工具的多样化，东南大学等单位编制了程序进行设计，极大地方便了设计。

但是随着交通轴载地增加，路面出现车辙、推移等剪切破坏越来越严重，以至于越来越多的科研单位开始关注沥青层内最大剪应力，传统地计算方法已经不能很方便地得到不同轴载作用下沥青路面的最大剪应力，三维有限元方法恰恰能够很便利地解决目前的困境。

1、最大剪应力与车辙的关系
在我国，车辙是半刚性基层沥青路面的常见病害之一。

车辙的出现直接影响驾驶员行车安全，降低路面的抗滑能力，在雨后会使辙槽内积水而致使车辆行使时发生飘滑，冬季更会由于积水而导致路面结冰。

车辙产生直接导致影响路面的平整度下降，导致路面受力不均匀，产生应力集中，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而引发其他病害。

因此，车辙严重影响了半刚性基层沥青路面的服务质量和使用寿命。

基于超载作用的沥青路面三维有限元研究

基于超载作用的沥青路面三维有限元研究作者：邱建东来源：《城市建设理论研究》2013年第27期摘要：车辆超载是加速路面破坏和降低路面使用性能的主要原因之一，论文采用大型有限元软件ABAQUS对超载作用下的路面结构进行了仿真模拟，计算结果表明：超载作用下的沥青路面弯沉、应力、应变等均显著增加。

关键字：沥青路面；超载；三维有限元中图分类号：U416.217文献标识码：A引言近年来，随着我国经济的高速发展，道路重载化的趋势日益明显。

调查结果表明：部分车辆超载严重，超载率在50％左右，有的高达120％。

大量超载车辆的出现使沥青路面出现了很多早期病害（如车辙、拥包等），严重影响了道路的使用质量和使用寿命。

因此，有必要对其进行研究。

一、车辆超载的危害（一）降低路面的耐久性加速沥青混合料的疲劳破坏，增大路面结构的剪切变形，且容易造成矿质颗粒发生破碎而破坏，最终降低道路的耐久性。

（二）加速道路的水损害荷载作用下轮隙与面层的交界面上产生较大的水压力和抽吸力，车辆超载时这种作用更为明显，道路的水损害也更为严重。

（三）增加累计当量轴次研究表明：当车辆分别超载50％和100％时，沥青路面承受的标准轴载次数分别增大约3倍和5～6倍。

（四）缩短沥青路面使用寿命车辆超载后，设计年限内车道上的累计当量轴次增加，因此，按原累计轴载设计的沥青路面不能达到设计的使用寿命。

二、有限元模型的建立（一）基本假设本文在模型分析中做如下基本假设：1、路面各结构层均是均匀、连续、各向同性的线弹性体；2、各层层间竖向、水平向位移均连续；3、假定层间完全连续，不计路面结构自重；4、各层在水平方向均为无限长，但厚度均有限；5、沥青面层表面自由，在其上作用均布垂直荷载和水平荷载。

（二）边界条件模型边界条件如下：左右边界为竖向无约束、横向固定；下边界水平向和竖向均固定，即认为距路表足够深处，竖向和径向位移为0；上边界水平向和竖向均自由。

（三）荷载形式荷载采用标准轴载BZZ-100，轮胎充气压力为0.707MPa，将轮胎与地面的接触面等效成矩形，矩形加载可以采用正方形接触面法，其边长L=0.2m，因此，计算加载区域为0.2m。

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第 28 卷第 9 期 2011 年 9 月
公路交通科技 Journal of Highway and Transportation Research and Development
Vol. 28 No. 9 Sep． 2011
doi： 10. 3969 / j. issn. 1002 － 0268. 2011. 09. 003
2. 1
（ 3）（ 4） 2. 2
图1 Fig. 1 几何模型
式中，ω、ξ 分别为结构自震频率和相应的阻尼比。 1. 2 理想饱和多孔介质控制方程根据 Biot 固结理论，三维饱和弹性多孔介质动
Geometric model
移动荷载模型及边界条件模型中移动荷载为阶段跳跃形式，即通过荷载
Δ
Analysis on Dynamic Response of Saturated Asphalt Pavement under Moving Vehicle Loads by 3 D Finite Element Method
REN Ruibo，QI Wenyang，LI Meiling
（ School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University，Shandong Jinan 250101 ，China）
图2 Fig. 2
移动荷载时程变化
各向同性。
Time history of moving load
图3 Fig. 3
三向应力时程变化
Time histories of 3D stress
14
表1 Tab. 1 饱和沥青路面结构及材料参数 asphalt pavement
结构层材料类型 AC － 13 AC － 20 AC － 25 二灰碎石二灰碎石二灰土土基层厚 / 泊松 cm 4 6 8 18 18 20 240 比 0. 35 0. 35 0. 35 0. 3 0. 3 0. 3 0. 4 密度 / （ kg·m － 3 ） 2 400 2 400 2 400 2 100 2 100 1 900 1 900
Abstract ： Asphalt pavement is a kind of porous medium which consists of solid，liquid and gas phases under the action of outside environment． The coupled hydromechanical action leads to the initial failure of asphalt pavement． To explore the dynamic response of asphalt pavement subjected to moving vehicle loads is the premise for understanding the structure behavior of asphalt pavement． First，regarding asphalt mixture as a media consists of solid and liquid phases in level one reasonable approximation，based on the porous media theory ，a 3D finite element model of typical semirigid base asphalt concrete pavement under moving load was developed in the assumption that the asphalt pavement is saturated． Then，the variation of 3D strain and stress as well as 3D distribution of vertical stress of pavement under saturated condition and dry condition were comparatively analysed． The result indicates that （ 1 ） the characteristics of dynamic response of asphalt pavement with moving load under saturated condition and dry condition in surface course are different；（ 2 ） it is more likely to have structure damage such as fatigue cracking and permanent deformation when asphalt pavement is under saturated condition；（ 3 ） in asphalt pavement design，it is more reasonable to use flexuraltensile strain as the index than flexuraltensile stress． Key words： road engineering； asphalt pavement； porous media theory； finite element； moving load
公
路
交
通
科
技
第 28 卷
Structures and material parameters of saturated
弹性模量 / 渗透系数 / MPa 1 400 1 300 1 200 1 600 1 600 800 50 （ m· s － 1 ） 1. 0E － 6 1. 0E － 6 1. 0E － 6 / / / /
Δ
G 1 － 2v
Δ
p + （ 1 － n）
第9 期
任瑞波，等：移动荷载作用下饱和沥青路面动力响应三维有限元分析
13
作用单元的变化及单元上荷载作用时间的变化来实现荷载移动及速度。计算中假定行驶速度为 40 km / h，则荷载作用时间为 0. 02 s［12］。任一单元上移动荷载作用时程曲线如图 2 所示。
移动荷载作用下饱和沥青路面动力响应三维有限元分析
任瑞波，祁文洋，李美玲
（山东建筑大学土木工程学院，山东济南 250101 ）摘要：沥青路面结构在外界环境作用下是气、液、固三相介质体，水和荷载的耦合作用导致了沥青路面初期损坏的产生，探究其在车辆移动荷载作用下的动力响应是获知沥青路面结构行为的前提。首先，在沥青路面饱和情况下，作一级合理近似，将其视为流固两相介质。基于多孔介质理论，对于典型半刚性基层沥青路面结构建立了移动荷载作用下的三维有限元模型；而后对比分析了移动荷载作用下，饱和沥青路面和无水沥青路面三向应力、应变响应的时程变化规律以及竖向应力场的三维分布情况。结果表明：移动荷载作用下，饱和沥青路面面层内的动力响应特性与其无水状态时不同；沥青路面在饱和状态下更易产生疲劳开裂、永久变形等结构性损坏；路面设计指标中采用弯拉应变更为合理。关键词：道路工程；沥青路面；多孔介质理论；有限元；移动荷载中图分类号： U416. 217 文献标识码： A 文章编号： 1002 － 0268 （ 2011 ） 09 － 0011 － 06
布规律
［7 ］
。以往的大量理论研究多是从水损害的角
度出发，采用静态荷载或者模拟 FWD 动力特性的半［8 － 10 ］，计算路面内部孔隙水压力的正弦波动态荷载作用规律。而自然状态下，沥青路面本身不可避免的处于固、液、气三相共存状态，无法从根本上消除外界环境的作用
［11 ］
。为此，基于多孔介质理论，
［5 ］面附近，超孔隙水压力出现最大值。付博峰编制了轴对称有限元模型，进行了沥青路面水损害疲劳［6 ］破坏的模拟分析。董泽蛟建立了饱水有限元计算模型，定量的分析了沥青路面内部孔隙水压力的分
u+
divu =
v s v f + nρ f ，（ 5） t t 式中，u、v s 、v f 分别为位移矢量、固体的速度矢量、 ρs 流体的速度矢量； G 为介质的剪切模量； v 为泊松比； p 为孔压； n 为多孔介质的孔隙率； ρ s 为介质密度； ρ f 为流体密度。 1. 3 孔隙流体动量方程材料模型中引入多孔介质重要特性渗透性来量化多孔介质中的液体流动。根据达西定律，多孔介质中液体流动速度与外界压力的关系为： k p ， ν =－ μ x 式中，k 为多孔介质中的渗透系数。 1. 4 移动荷载方程当车辆以某一速度在平整的路面上行驶时，便对路面结构施加了一个大小不随时间变化的移动荷载，设车辆荷载为 P ，则零时刻起突加荷载可以表示为： P （ t） = P δ（ x － vt） δ（ y） H（ T， 0），（ 7）式中， δ （ y ）为 Dirac 函数； H （ T，0 ）为 Heaviside 函数； v 是移动荷载速度。 2 三维有限元计算模型的建立几何模型的建立为了模拟行车荷载作用下沥青路面的动力响应，故假设路面结构体系为单矩形均布荷载作用下的弹性层状体系，层间接触为完全连续。模型纵向、横向、竖向几何尺寸分别为： 14 、6. 3 、3. 14 m。采用 8 节点 6 面体单元，其计算模型如图 1 所示。（ 6）
收稿日期： 2010 － 12 － 20 基金项目：山东省自然科学基金项目（ ZR2009FM010 ）作者简介：任瑞波（ 1968 －），男，山东烟台人，教授，博士 . （ qwy1985913@ 126. com）
12 前言
公
路