基于重载车辆作用下沥青路面层间应力分析
重载作用下沥青路面的应力场分析
结 合 公 式３ ４ 算 不 同 轮 载 下 轮 胎 接 地 压 力 和 接 地 面 积 。 、计 其计算结果见表１ 表 １ 轴 重 与轮 胎 接 地 压 力 、 胎 接 地 面 积 关 系 轮
轴 重 （Ｎ） ｋ ４ ０ ６ ０
２ ２ ７
８ ０
３ ２ １
１０ ０
３ ２ ５
１２ Ｅ＋ ３ ．０ ０
１０ Ｅ ３ ． ０ ＋０ ８０ Ｅ ２ ． ０ ＋０
（ ） ｍ
００ ０ ．４
００ ０ ．５ ００ ０ ．６
式 中 ： 一 轮 胎 接地 面 积 （ｍ Ａ ｃ ）： ｐ 每 一 个轮 胎 的荷 载 （ ） 一 Ｎ。
￣０ ￣ ０ ７ 和 ９ 为保 证 率达 到 ９ ％ 的 离差 范 围 ０ 在 此 公 式 的 基 础 上 ． 定 轮 载 Ｐ 匀 分 布 在 相 当 该 接 触 面 假 均 积Ａ的 圆面 积 上 ， 圆半 径 为 ｒ求得 接 地 压 力 ： ，
降 最 大 值 发 生 在 轮 胎 与 路 面 接 触 面 的 中 心 附 近 。并 向 两 侧 逐
半 径 （ｍ ） ｃ
１ ６ １ ３ １ ．８ １ ．３ １ ．５ １ ７ １ ．８ ３２ ３７ ４１ ４６ ５０ ５４ ５８ ０９ ０９ Ｏ９ ０９ ３ ．５ ７ ．８ １ １０ １
１Ｏ ２
３ ２ ９
１０ ４
４ ２ ３
１０ ６
４ ２ ７
１０ ８
５２ １
接地面积ｆｍ １ ２ ２ ｃ ３
ｌ
一
＼
｝ ２予一 ＼—／
半 径 （ｍ ） ｃ
８５ ９
９３ ． Ｏ５ ．５ ２０ ２
５２ ９
９９ ．７ ０６ ．４ ２０ ４
重复车轮荷载作用下的基层层间接触条件对沥青路面力学性能的影响分析
－Ｊ 现 双 荷 的 隙 心 。 着 间 ４ 玮反 载 下 面 ； ． 吾 八－Ｉ在 轮 载 轮 中 处 随 层 ［ 奇 复 重 磊 之 伤 ｊ ： ］田 －ｔ －Ｉ 但 ／ ￣ ］
～ 国立中央大学
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，
２０． ０ ７
第１ （ 期 总第２４期） １
２１ ０ ２年 ２月
山西 交通科技
Ｕ Ｃ ＮＩ ＡＴ【 Ｓ ｏＮ
Ｎｏ １ ． Ｆｅ ｂ．
Ｓ ＮⅪ Ｓ Ｉ ＨＡ Ｃ ＥＮＣ ＆ Ｔ ＨＮＯ Ｅ ＥＣ ＬＯＧＹ ＯＦ Ｃ ｏ删
重复车轮荷载作用下的基层层间接触条件 对沥青路面力学性 能的影响分析
应力进行计算 ，并分析其变化规律对路面力学性能
的影 响 。
计算 ， 通过施加重复荷载后 ， 路表弯沉值 、 对 层底应 力进行分析 ， 从而得 出不同接触条件对路面力学性 能 的影 响 。 ２１ 不 同 的接触方 式对 路表 弯沉值 的影 响 ． 弯沉是我国现行沥青路面设计 和路面检测的重
大的塑性变形 ， 并较早 出现剪切破坏阎 。我 国现行的 设计规范以完全连续作为假设 ， 与实际情况有差别 ， 因而在进行路 面设计时， 采用一定的结合系数 ， 能够 更好 地 反 映实 际情况 。
２２ 不 同 的接 触方 式对 层底 应力 的影 响 ． 在 车轮荷 载作 用下 ，上面层 底部 最大 主应 力在
图 ５ 下基 层底部 拉应 力变 化 曲线
其 中， 完全连续模型的最大值为 ０ ０ Ｐ ， ． ６Ｍ ａ完 ５
全光滑模型的最大值为 ０ ７ ａ ．５ ６ ＭＰ 。随着层间结合 系数 的减 小 ，路 面上 面层结 构 由于受 力原 因更 易破
坏 。 面层层 底拉 应力 的分 布状 况也是 比较接 近的 ， 下
沥青路面面层剪应力分析及层间抗剪切性能研究
沥青路面面层剪应力分析及层间抗剪切性能研究沥青路面面层剪应力分析及层间抗剪切性能研究引言沥青路面作为重要的交通基础设施之一，承受着车辆交通荷载的作用，其性能对道路的可靠运行至关重要。
在沥青路面结构中，面层是承受车辆荷载直接作用的层次，其剪应力分析以及层间抗剪切性能研究对于确保路面的安全舒适性具有重要意义。
一、沥青路面面层剪应力分析1.1 车辆荷载对剪应力的影响车辆荷载是沥青路面承受的主要荷载，其作用会导致面层产生剪应力。
剪应力会使沥青面层产生变形，进而影响路面的平稳性和舒适性。
因此，了解车辆荷载对剪应力的影响是研究面层性能的关键。
1.2 剪应力分析方法剪应力可以通过数值模拟方法进行分析。
在模拟分析中，可以考虑车速、车型、路面结构等因素对剪应力分布的影响。
通过分析剪应力的分布规律，可以评估面层的剪切性能以及路面结构的合理性。
二、层间抗剪切性能研究2.1 层间抗剪切性能的重要性沥青路面由多层结构组成，不同层次之间的剪切性能对于路面整体的稳定性有着重要的影响。
层间抗剪切性能的研究可以评估路面结构的合理性，并提供优化设计的依据。
2.2 层间抗剪切性能测试方法常用的层间抗剪切性能测试方法包括直剪试验、剥离试验等。
通过这些试验可以获得沥青路面不同层次之间的抗剪切能力，进而评估路面结构的稳定性。
三、案例研究：某城市高速公路针对某城市高速公路，本文进行了沥青路面面层剪应力分析及层间抗剪切性能研究。
3.1 剪应力分析基于实际交通流量和车辆荷载，运用数值模拟方法进行了剪应力分析。
结果显示，在高负荷的路段，面层产生了较高的剪应力，对路面安全性提出了要求。
3.2 层间抗剪切性能研究通过直剪试验和剥离试验，获得了该路段沥青面层与基层之间的抗剪切能力。
结果显示，面层与基层之间的层间剪切性能不符合设计要求，需要加强结构优化措施。
结论本文通过沥青路面剪应力分析和层间抗剪切性能研究，揭示了路面结构中面层的剪应力分布规律以及面层与基层之间的剪切性能情况。
重载沥青路面面层剪应力
摘 要：采用目前常用的有限元方法，对沥青路面典型结构，针对不同轴载作用下，沥青面层内部剪应力的变化规律进行了分析探
讨，研究发现了典型结构下的最大剪应力一般位于路面结构中面层，并且与轴载呈现良好的正相关关系。
关键词：重载，沥青路面，剪应力，车辙
中图分类号：U416． 217
文献标识码：A
沥青路面在荷载尤其是重载作用下，路面出现的过大车辙往 合形式特点，并参照规范中路面结构厚度与路面结构层模量的规
对不同大小的沥青路面结构进行计算分析，可知随着模型尺
基于国内大多数城市快速路、主干道的典型沥青路面结构组 寸的增加，路面表面的弯沉等数值趋于平缓。
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
4 路脊线对横坡的影响
即把 CP 点（ 线形分岔点） 或变速车道起点作为路脊线的起点是不
1 路面结构有限元模型
道路等级
城市主干道 或快速路
结构层 沥青上面层 沥青中面层 沥青下面层 半刚性上基层
底基层 土基
厚度 / cm 5 6 8 40 20 —
回弹模量 / MPa 1 500 1 200 1 000 1 500 700 40
泊松比 0． 35 0． 35 0． 35 0． 2 0． 2 0． 4
第 38 卷 第 22 期
·154· 2 0 1 2 年 8 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 22 Aug． 2012
文章编号：1009-6825（2012）22-0154-03
重载沥青路面面层剪应力分析
陈涛
（ 江西省高速公路工程有限公司，江西 南昌 330000）
沥青混凝土路面层间剪应力研究
沥青混凝土路面层间剪应力研究摘要：运用多层弹性体系理论，以games软件为力学分析工具，在双圆均布荷载下，考虑路面结构层厚度、基面层模量变化及层间状态的不同，分析沥青路面层间剪应力的变化规律和影响因素。
研究表明：沥青路面层间剪应力受面层厚度影响不显著，通过增加面层厚度提高路面抗剪性能加重了经济成本，收效甚微；基层厚度变化对层间剪应力影响不显著，通过增加基层厚度提高沥青路面的抗剪性能不合理；基层模量增加，面层层间剪应力减小，但变化不显著，说明增加基层模量对沥青路面抗剪性能的提高作用不大；上面层与中面层模量比越大，上面层层间剪应力越大，且这种影响较为显著；在层间粘结减弱的过程中，面层层间剪应力随之减小且减小幅度显著。
关键词：道路工程；沥青路面；层间剪应力；有限元分析中图分类号：u416.217文献标识码：a文章编号：沥青混凝土路面应用较广，交通荷载情况不断变化，沥青路面结构组合形式越来越多，但jtg d50-2006《沥青混凝土路面设计规范》中主要还是将路面回弹弯沉值、层底拉应力作为设计指标，对于剪应力指标尚需进一步研究。
苏凯等认为在二、三级公路沥青面层较薄的情况下，在夏季重载、超载的作用下沥青路面出现层间剪切破坏的可能性是存在的；随基层模量增大，层间剪应力增大，而基层厚度对层间剪应力影响并不显著；层间剪应力随面层模量和厚度的增大而减小[1,2]。
肖鑫通过研究沥青路面面层层间剪应力发现：对面层内层间剪应力影响水平从大到小分别为超载、水平力和坡度[3]。
刘红平运用bisar程序对面层层间剪应力影响因素进行分析，得出层间剪应力随荷载增大而增大，在同一级别的荷载作用下，完全光滑状态时比完全连续状态时的最大剪应力要更大，并且随荷载增加，增大幅度比完全连续时增幅要大[4]。
白雪梅利用games有限元软件分析层间接触状态对沥青路面基面层间剪应力的影响，得出当层间变得不连续时，基面层间剪应力减小，但基面层间剪应力减小的幅度小于相应层间抗剪强度的减小，因而层间接触变差时会增加层间滑移破坏的机率[5]。
沥青混凝土面层及层间剪应力分析
Ｋ ｅ ｒ ：ｓ ｆ ｃ ｏ ｒｅ ａ ｅ ｃ ｕｒｅ ｈ ａ ｔｅ ｓ ｙ ｗｏ ｄｓ ｕｒａ ｅ ｃ ｕ ｓ ；ｂ ｓ ｏ ｓ ；ｓ ｅ ｒ ｓｒ ｓ ；ｍｏ ｕ ｕ ｄ ｌｓ
由于行 车荷 载的水 平力 作用 ．沥青 混凝 土 面层
上 部 的 表 层 剪 应 力 和 面层 、基 层 接 触 面 的 层 问 剪 应 力 都 有 可 能 引 起 路 面 的剪 切 破 坏 。 本 文 将 汁 算 分 析
Ａｎａ ｙ ｉ ｆＡｓ ｌ ｓｓｏ ｐｈａ ｔＣｏ ｒ ｔ ｕｒ ａ ｅ ａ ｎｔ ｒａ ｉ ｒ Ｓ ａ ｒ ｓ ｌ ｎｃ ｅ ｅ Ｓ ｆ ｃ ｎｄ Ｉ ｅ ｌ ｍ ｎａ ｈｅ ｒ Ｓｔ ｅ ｓ
ＺＨＡ０ Ｙａ ｚ ｎ － ｕ
（ ｉ ｗ ｙＥ ｇ ｅｒ ｇＯ ｆ ｅｉ Ｂ ｏ ｉｇＴａ ｓ ｏ ａ ｏ ｕｅ ｕ Ｂ ｏ ｉ ７ ０ Ｃ ｉａ Ｈ ｇ ａ ｎ ｉ ｅｉ ｆｃ ａ ｄｎ ｒ ｎｐ ｒ ｔ ｎＢ ｒａ ， ａ ｄｎ ０ ０ ， ｈ ） ｈ ｎ ｎ ｉ ｎ ｔｉ ｇ １ ０ ｎ
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０ Ｏ
． ． ． ．
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如
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，
３ 级 配 碎 石 基 层 厚 度 和 模 量 的 影 响 级 配 碎 石 基 层 对 表 层 剪 切 力 和 层 间 剪 切 力 的影 响 如 图５ 图 ８ 示 。 ～ 所
Ｏ １ ．５
Ｏ１ ． ０
国 画 鼬 鸯画 画 画 画 画 鲴
赵 亚 尊
（ 定 『 通 运 输 局 公 路 工 程 处 ，河 北 保 定 ０ １ ０ ） 保 交 ７ ０ ０
摘 要 ：在 行 车荷 载 作 用 下 ，级 配碎 石 基 层 沥青 路 面 面 层 与 基 层接 触 面容 易产 生剪 切 破 坏 ，对 沥 青路 面 的 剪 应 力进 行 计 算
沥青路面下坡路段层间剪应力的分析
中粒 式 沥 青 混 凝 土
ｈ＝ ｅ ５ ｍ
１ 计 算模 型
粗 粒式 沥青混凝土
水 泥稳 定 基 层
ｈ＝ ｅ ６ｒ ａ
ｈ＝３ ｃ ８ｍ
级 配砂 砾 底 基 层
土基
ｈ：２ ｅ ６ｒ ａ
图２
路 面 结 料 参 数
幽 １ 实 体模 型 图
由表 ２可知 ， 结构 层 层 底 剪应 力 随着 荷 载 的 各 增 大 而 显 著 增 大 ， 且 增 长 的 幅度 大 。 当荷 载 由 而
０ ７ ａ增 大 到 ０ ＭＰ 、１ ＭＰ 、１ Ｍ ａ 和 ． ＭＰ ．９ ａ ．１ ａ ．３ Ｐ
１ １ ％和 ０ ９ ％ 。因此 可见 ， 层 底剪 应 力 均 随着 ．１ ．８ 各 坡 度 的增大 而增大 ， 中上面 层增 大幅度 最大 ， 其 但是
底 部 全部 约束 ， 面层 表 面作 为 自由面 ， 进行 任何 约 不
束。 ２ 计算 条 件
本 文 分 析 时 ， 胎 接地 面积 由规 范 中 的 圆形 荷 轮
质量 ， 的 需 要 进 行 修 补 ， 重 的需 进 行 第 二 次 铺 轻 严
筑 ， 费大量 人力 、 力 和 财力 ， 接 和 间 接 经 济 损 花 物 直 失都 很 大 。虽然 国 内外 的学者 在 这方 面展 开 了大 量 的研究 ， 是 大多 只 针 对 沥 青 混 合 料 的 高 温 稳定 性 但
细 粒式 沥 青 混 凝 土 ｈ＝ ｅ ４ｒ ａ
分析 沥青 面层 内的剪 应 力 ， 分 析 沥 青路 面层 间剪 而
应力 的研 究较 少 。本 文根 据 目前 的交通 现 状 和下坡 路段 的受 力特 点 ， 用 有 限元 方法 分析 了路 面坡 度 、 应
沥青面层层间剪应力的影响因素分析
４ 混合料 的碾压
抗滑表层厚度 较薄 ， 有 ４ｃ 只 ｍ。混合 料摊 铺后 温度 下 降很 久性更加有利。２ ｓ ～３混合料 ， ）ＭＡ １ 要求 生产过 程严格 控制混 合
快， 尤其是天冷和风大 的环 境条件 下 ， 钢轮压路 机 的压 实温度 范 料级配 ， 采用钢轮压路机进 行碾压 ， 用“ 采 紧跟 ” 振动 ” 短距 ” “ “ 的
围较窄 ， 一般 在 １５℃ ～１ ５℃之 间。当温 度降到 １０℃时就无 原则压实。３ 佛开 高速公路 采用改进型 的 Ｓ －３级配 ， ５ ６ ３ ） ＭＡ １ 竣工后 坚实 、 、 粗 均匀 、 美观 ， 基本不渗 水 ， 到优 良工 程的效 达 法压实 ， 有效的压 实温度仅为 ３ －４ ０℃ ０℃的下降幅度 ， 所以钢轮 路面平整 、
压 路 机 必 须 “ 跟 ” 振 动 ” 短 距 ” 实 才 能 确 保 有 效 的 压 实 度 。 果 ， 有 良好 的 路 用 性 能 。 紧 “ “ 压 具 “ 紧跟 ” 就是 两 台 钢轮 紧跟 摊 铺 机 后 ， 布 置 １台 ～２台 钢 轮 紧 随 参 考 文 献 ： 还
１ 沥青 路面力 学基本 理论 与假设
忌任 意快速摊铺和停机 等料 现象 。对摊铺 过程 中极易 出现 的离 确 定 。
析现象 ， 我部采取许 多积极 有效 的措 施 ， 如调整 螺旋 布料器 的大 ５ 结语 小叶 片 的 安 装 ， 量 减 少 摊 铺 机 合 龙 两 翼 的 次 数 ， 止 出 现 刮 板 尽 防 １Ｓ －３混合料级配是一 种断级 配骨架 密实型 混合料 ， ）ＭＡ １ 沥 输 送 器 露 空 现 象 。 同 时 将 合 龙 翼 板 时 翼 板 角 落 滑 落 在 路 面 的冷 青用量较高 ， 掺加纤 维稳定 剂 ， 具有更 优 良的抗 车辙 能力和抗 滑 却料铲走 。 能力 ， 而且解 决 了路 面 的渗水 问题 ， 少 了路 面的 早期水 损 害。 减 由于压实混合料 的 ＶＭＡ增大 ， 沥青用量也相对增加 ， 对路面的耐
浅谈重载交通作用下对沥青路面的影响
浅谈重载交通作用下对沥青路面的影响摘要:在现今市场多元化发展的今天,我国的公路交通事业也逐渐的发展壮大。
于此同时,社会经济的飞速发展也在很大程度上造成了交通重载现象,加大了交通负荷,致使沥青路面结构在使用中造成严重的损害。
本文笔者针对这一现象对重载的沥青路面进行了综合性的分析,以此进一步促进对路建工程的科学开发。
关键词:使用性能交通重载路面结构路建工程沥青路面随着我国交通路建工程的不断发展,沥青混凝土以其高度的稳定性、强度性、耐久性等优势成为重要的路面铺筑材料。
然而交通负荷的日益增多,益给沥青路面结构的使用效率与服务性能造成了严重的影响。
以下笔者就交通重载作用下对沥青路面结构所造成的影响进行综合的分析,以供参考。
1、简述沥青路面的结构功能公路主要连接于各个城镇之间,它的修建主要是为了保证社会经济得以正常发展,它属于土木构建物并且长期裸露在自然环境中。
我们所讲的路面结构通常指构成公路路面铺砌层体的构造,它主要由面层和基层、垫层等结构层构成。
在现代的交通施工条件下,根据路面结构的性能需求,在有关的矿质集料中添加路用的沥青材料铺筑不同类型的路面。
沥青路面一般按照柔性路面、刚性路面和半刚性路面或是全厚式路面力学特等的结构形式来铺筑沥青路面。
通常沥青路面的铺设必须具有一定的稳定性与平整度,甚至要求路面必须具有一定的抗滑耐磨能力,因此,在行车时要注意避免过多的扬尘和噪音对路面造成的污染。
沥青路面一般采用了粘聚力较高较强的沥青混合材料来装铺路面,这样可以使相关的矿质颗粒和基层之间粘结起来,构成凝固性能较高的整体结构,它可以有效提高路面结构的柔性与强度,使公路路面具有良好的抗滑、耐磨、耐压和防渗的优势性能。
在设计年限内的沥青路面,必须拥有承受车辆交通荷载、保持公路路面平整和抵抗车轮磨损作用,并且满足一定程度的安全舒适性和承载的稳定性等基本行车要求的道路功能。
2、沥青路面所受到的交通重载影响我们以交通荷载为基础进行分析,我国大都以单轴为100kN作为标准的轴载来设计公路沥青路面的,路面的结构设计标准主要以设计年限内累计的标准轴次为准。
柔性基层沥青路面结构在车辆荷载作用下的应力分析
关键词 沥青路 面 车 辆荷 载作 用 有 限元分 析
应力 应变
研 究
１ 前 言 近年 来 ，福建 省 的高速 公 路沥 青路面 多采 用柔性 基 层 ，俗称 倒装 结 构 ，结构 类型 自上 而下 分别 为 细粒 式 沥
ｌ ｌ ｆ Ｉ ｒ ｌ ｆ ｆ ｆ ｆ Ｉ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ ｆ Ｉ ｆ
枢粒式沥青濡凝 土
抗剪切能力及路面变形等密切相关 ，因此，本文主要从
理 论 上对 福建 省典 型 的沥 青路 面结 构建 省 交通科 学技 术研 究所 ；２福 建 省公路 水运 工程重 点 实验 室 ，福 州 ３ ０ ０ ） １ 福 ． ５ ０ ４
摘
要
通过 三 维仿真 ，对 福 建省 沥青路 面的典 型 结构 （ 柔性 基 层 沥青路 面）在 车
辆作 用 下的 应力 响应进 行 有 限元分 析 ，得 出在 车辆静 止 和移动 情 况 下路 面 内部 各层 的应
青 混凝 土 、中粒 式 沥青 混 凝 土 、粗粒 式 沥 青 稳 定碎 石 、
土＋ ｃ ６ ｍ中粒 式沥 青混 凝 土＋ ６ ｍ沥青 稳定 碎 石＋ ０ｍ级 １ｃ ２ｃ
配碎 石 ＋ ０ｍ水 泥稳 定碎 石 ，总厚 度 为７ ｃ ３ｃ ６ｍ。最 下层 为
土基 ，实 际路 面 中其厚 度 为无 穷大 。
， ； ．
级配 碎 石和 水泥 稳定 碎石 。较 之传 统 的半 刚性基 层 沥青
细 粒武 沥青混凝 土 中粒式沥青｝ 馥 土 ｌ Ｅ
路 面 ，该 结构 组合 在缓 解 反射 裂缝方 面起 到 了 有效 的作
重载沥青路面应力分析和结构举荐
Ｐ，：唧（一 ） （ ｆ ｒ 一 ）
一 【 ０
（引 ｒ ≤
（＞ ， ｒ
式中
ｍ 为荷 载 类 型 系数 ， ＞ ； 荷 载 圆半 径 ； ｍ ０ 为 ｐ
为车辆胎压 ；为荷载作用点到荷载圆中心的距离 ， ｒ ｃ ｍ。 半刚性基层沥青路面的有限元结构模型及荷载图式如图 １ 所示。在图 １ 结构层从上而下依次为 中，
陈燎焱 高 辉 苏衍岭 巩喜彪 ， ， ，
（． 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 ７ ０ ６ ；． １０ ４２ 山东省菏泽 市交通局 ， 山东 菏泽 ２４ ０ ） ７０ ０ ２４０ ； ７ ０ ５ ３ 山东省菏泽市公路 管理局 ， ． 山东 菏泽
摘要： 近年来重 载交 通的 Ｅ益严重和 当前路面结 构设计 存在 缺陷使 得很 多公路 出现早期 疲劳 开裂 和车辙现 象。 ｌ
近年来 ， 我国超载 、 超限情况十分普遍 ， 重载车辆 日益增加 ， 使得重载交 通变得 日益严重 。重载交通 严重的路段其路面结构往往过早发生破坏 ， 甚至在通车很短时间内， 路面结构就 出现严重 的车辙、 劳开 疲 裂、 拥包 、 坑槽 、 沉陷等病害， 使路面的服务功能降低 ， 使用寿命缩短 ， 提前进入大修期 ， 国家造成巨大的 给
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第 １卷 ５
第２ 期
山东交通学院学报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＨＡＮＤＯＮＧ ￣ ＯＴ Ｊ ＯＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲＳＴＹ Ｉ
Ｖ０ ． ５ Ｎｏ ２ １ １ ．
２０ ０ ７年 ６月
Ｊｎ ２０ ｕ ．０ ７
重 载 沥 青 路 面应 力 分 析 和 结构 举 荐
６
Ｂ－
Ｃ
‘
考虑水平荷载的重载作用下沥青路面应力分析
第14卷第2期2016年6月南京工程学院学报（自然科学版）Journal of Nanjing Institute of Technology! Natural Science Edition)Vol. 14,No. 2 Jun. ,2016doi ：10.13960/j. issn. 1672 -2558.2016.02.001投稿网址:http ://xb. njit. edu. cn考虑水平荷载的重载作用下沥青路面应力分析朱德华\杨明明\陈心房2(1.南京林业大学土木工程学院，江苏南京210037 # 2.南京国博土木工程技术有限公司，江苏南京211101)摘要：为了研究重载作用下的沥青路面结构的力学行为，利用有限元计算软件ABAQUS 对不同车辆荷载作用下的沥青路面结构进行应力计算和分析.在有限元模型中，分析了三种荷载工况下的路面结构的力学响应，同时考虑 了水平力对应力分布的影响.结果表明：荷载大小对沥青路面结构的力学响应影响很大，应该注意面层在重载作用 下产生的最大剪应力而导致的车辙等破坏现象.在水平荷载较大区域内，表面层滑移和拥包的破坏应该成为路面设计和施工重点考虑的问题.关键词：道路工程#沥青路面#荷载应力#有限元分析 中图分类号:U416.217(1. School of Civil Engineering , Nanjing Forestry University , Nanjing 210037，China ;2. Nanjing Guo Bo Civil Engineering Technology Co .， Ltd ， Nanjing 211101，China )Abstract: In order to study the mechanical behaviors of asphalt pavement under heavy load, calculation program, is used to analyze and calculate the stress of asphalt pavement structure. In this model, the mechanical response of pavement structure under three kinds of load conditions is analyzed, and the impact of horizontal force on the stress distribution is also considered. The results show that structural response of asphalt p avement. Therefore, the rut and other damage phenomenon caused by the maximum shear stress of the surface layer due to the action of overloading vehicles should be noted. upheaval should be taken into consideration in pavement design and construction.Key words: road projects; asphalt pavement; stress of load; analysis of finite element在人为因素和自然因素的共同作用下，路面的使用性能和路面的结构特征存在着密切的联系.为了对 路面进行合理的设计，路面结构的力学计算分析仍然在不断的研究中.由于沥青混合料具有明显的粘弹塑 性的性质，并且其弹性常数会随着时间的改变而改变，故对其进行结构的内力分析有着重要意义[1].车辆是路面的主要荷载之一，而道路在车辆荷载的长期作用下会出现各种不同的病害.由于每辆车的 载重量的不同，其对路面的垂直荷载也不尽相同.并且车辆在路面行驶的过程中会受到车辆的操纵状况和 路面的线形状况等因素的影响，因此除了对路面有垂直荷载之外，对路面也会有水平力.文献[2]利用收稿日期！2015-12-14#修回日期！ 2016-01-17基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金项目！20133204120015 )#江苏省高等院校自然基金项目（12KJB560003)作者简介：朱德华，硕士研究生，研究方向为道路与铁道工程.E -mail : 595389732@ 引文格式：朱德华，杨明明，陈心房•考虑水平荷载的重载作用下沥青路面应力分析[J L 南京工程学院学报（自然科学版），2016，14 ⑵：1 -6.Stress Analysis of Asphalt Pavement under Heavy Load Considering Horizontal LoadZHU De-l i ua1, YANG M i ng -m i ng1, CHEN X i n-fang22南京工程学院学报（自然科学版)2016年6月FORTRAN软件分析了不同的路面结构参数对沥青路面的结构响应带来的影响，认为其影响会随着计算 位置的改变而改变.文献[3]利用MATLAB软件计算了不同车辆荷载作用下沥青路面动载系数，认为车辆 荷载对沥青路面结构的附加动荷载的系数会随着路面等级的增加而减少.本文利用有限元计算软件 ABAQUS建立一种典型的沥青路面结构的三维有限元模型，并在此模型的基础上对重载作用下沥青路面 结构的力学响应进行研究.1沥青路面结构的有限元模型1.1基本假设[4]假设：1)每层材料假定为弹性材料；2)每层平面假定为无限大，最下层为半无限体空间；3)每层的层间不会出现脱空现象，层间的接触状态用接触模型来模拟；4)每层在无限远处边界条件的影响不予考虑.1.2路面结构参数各层的材料参数如表1所列.表1路面材料特性/cm弹性模量！/MPa泊松比y!结构层材料名称厚度SMA41 4000.35表面层沥青玛蹄脂AC2061 2000.30中面层沥青混凝土ATB241 0000.30下面层沥青稳定碎石TM155000.35上基层级配碎石CTB201 5000.25下基层水泥稳定碎石土基压实土ST—400.401C荷载形式在沥青路面的设计规范中，标准轴载取双轮组单轴载100 kN，并且等效换算为直径21.3 cm、压强0.7 MPa的圆形均布荷载.但在实际的情况中，轮胎的接地形状并不都能很好地等效为圆形，而是更加近 似表现为矩形的接地形状[5].基于考虑重载作用下的轴载换算方法[6]，选用矩形面积作为车辆对路面的加载面积："=0. 871 2$，％=0.6$，& =0.522 7$(1)式中%"为接触面长度;％为接触面宽度;&为接触面的面积.其值均可由轮胎的压力和轴载的大小共同计 算得到.目前路面设计理论中，一般仅考虑竖向力的作用，而忽视水平力的作用.但是在车辆的实际运行过程 中，车辆对路面不仅有垂直荷载的作用，还有水平荷载的作用.同时，两者之间存在着一定的线性关系，可 以用水平力系数来表征F= uP(2)式中%(为水平力系数;）为垂直荷载.1.4有限元模型在参考相关路面模型的边界条件、尺寸和网格划分后，利用ABAQUS软件建立沥青路面结构的三维 的有限元模型[7-10].具体的流程如图1所示.模型的结构尺寸为6 m x6 m x3 v共有节点42 527个，单 元38 808个.模型示意图如图2所示.第14卷第2期朱德华，等%考虑水平荷载的重载作用下沥青路面应力分析32不同垂直荷载作用下的沥青路面的结构分析表2不同荷载作用下层底的拉应力2.1路表弯沉的计算利用有限元软件计算时，将垂直荷载分成100、110、120 kN 三种工况.相应的路表弯沉计算结果为〇?1、0. 56、0. 62 mm .路表弯沉随路幅的变化曲线如图3所示.从图3可以明显看出，路表的弯沉值随着垂直荷载的 增大而逐渐增大.当垂直荷载从100 kN 增加到110 kN 时，相应的路表弯沉值增加了 9. 8 j #当垂直荷载从110 kN 增 加到120 kN 时，相应的路表弯沉值增加了 10. 7 j .可以发 现，随着垂直荷载的不断增加，其对路表的弯沉值的影响会 变得越来越大.2.2层底拉应力的计算层底拉应力的计算结果见表2.从表2可看出，层底拉 应力的值随着垂直荷载的增大而增大.当垂直荷载从 100 kN 增加到110 kN 时，基层底面拉应力的值增加了 10.0 j ，而底基层底面拉应力的值只增加了 7. 8 j .可以发 现，垂直荷载的变化对基层的影响要比对底基层的影响大.并且，垂直荷载越大，其对拉应力的影响程度也越大.2C面层应力的计算面层最大剪应力计算结果见表3.其相应的变化曲 线如图4所示.为进一步分析面层各个深度处的剪应力 状态，计算了其随路幅的变化情况.以*=0.04 m 为例，该深度处的变化曲线如图5所示.从表3和图4、图5可以看出：1)剪应力随着面层深度的增加先迅速增加，到达最大值后，再逐渐减 小.最大值所对应的路面结构层为沥青路面的中面层;2)剪应力随着荷载的增加而迅速增加，例如，在中 面层，最大剪应力分别增加了 9.9 j 和9.2 j ;3)剪应力主要集中在垂直荷载作用的区域.例如，当垂直 荷载为120 kN 时，在*=0.04 m 深度处的最大剪应力的值为47.5 kPa .但是，在较远处，剪应力的值就很 小，当距荷载中心的距离为4.57 m 时，最大剪应力的值仅仅为3 kPa .轴载/kN基底面的 拉应力/kPa底 基 底 面的 拉应力/kPa100191.6162.2110210?7174.8120229?9190.6表3不同深度处面层的最大剪应力！^值深度*/m -应力T m a/kPa100 kN110 kN 120 kN 0.0439.6 43.647.50?1045.6 50.154.70.3430.833.937.04南京工程学院学报（自然科学版)2016年6月图6 不同水平力下的表面层顶部的纵向正应力图70.20.3面层深度Z/m图4 面层的最大剪应力随面层深度变化曲线图53水平力对路面结构的应力分布的影响表4列出了不同的行车状况下的水平力系数的3 值.通过选取不同的水平力系数来研究水平力对沥青E 面结构力学响应的影响（水平力系数分别取0、0.1、0.3 0.5).3.1对纵向正应力的影响在不同的水平力作用下，表面层顶部纵向正应力的 变化如图6所示.由图6可知，当水平力为0时，压应力 的值很小，几乎可以忽略.但是，当水平力系数增大时，在 车辆荷载作用的区域内，其压应力的值迅速增大.为了进一步分析水平力对纵向正应力的影响，计{路面各个结构层上的最大纵向拉应力的值，计算结果；表5.相应的变化曲线如图7所示.路幅/m面层的最大剪应力随路幅变化曲线（*=0.04 m )I表4不同的行车状况下的水平力系数行勻正一般紧状况行启动制动制U0.010. 10.2 〜0.30.5J EI 表H 不同水平力下各层最大纵向拉应力MPaU表面层中面层下面层基层00.190.210.210.020.10.210.230.230.020.30.260.280.280.020.50.300.340.340.010.350.300.250.200.100.050.00路面结构各位置处最大纵向拉应力随水平力的变化^2/^倒«厄^12 3 45^^w叵系第14卷第2期朱德华，等%考虑水平荷载的重载作用下沥青路面应力分析5图8 不同水平力下的表面层顶部的纵向剪应力图9 不同水平力下的各位置处最大纵向剪应力由图9可知，水平力的影响区域主要集中在车辆荷载作用的正下方.并且，当作用有水平力时，纵向剪 应力的数值较大.从表&和图9中可以明显看出，水平力对路面结构的主要影响区域仍然是面层.例如，当水平力系数 达到0. 5时，表面层纵向剪应力最大值接近于0. 2 MPa ，而中面层和下面层的纵向剪应力最大值也有 0. 12 MPa .但是，基层纵向剪应力的最大值只是略微增加，没有明显变化.从图9中还可以看出，当水平力较小时，表面层纵向剪应力的最大值低于中面层和下面层.但是，当水 平力系数达到0. 3时，表面层纵向剪应力的最大值增加迅速，并且已经超过了中面层和下面层上相应的 值.说明水平力越大，其对表面层上的纵向剪应力的影响程度也越大.从表5和图7中可以明显看到，水平力对路面结构的主要的 为面层.无论 面层、中面层还是下面层，纵向拉应力的值都会随着水平力的增大而增大.但是，水平力对路面结构的基层没有太 大的影响，纵向拉应力的值基本保持不变.在我国公路沥青路面设计规范中，容许拉应力的大小一般在0. 2〜0. 5 MPa [11]，由上述计算结果可 知，由于水平力的影响，表面层处的拉应力己经达到了这个范围.因此表面层的裂纹破坏，应该成为水平荷 载较大区域内重点考虑的问题.3.2对纵向剪应力的影响在不同水平力作用下，表面层顶部纵向剪应力随纵向距离的变化如图8所示.为了进一步分析水平力 对纵向剪应力产生的影响，计算路面各个结构层上的最大纵向剪应力值.计算结果见表&所列，相应的变 化曲线如图9所示.表6不同水平力下各层最大纵向剪应力MPaU表面层中面层下面层基层000000. 10.020.040.040.0020.30.080.060.060.0030.50. 180. 120. 120.004层层层 面面面层表中下基2051o0.0.£^/^^&但^13 5?=0.=0.=0.MM wW2051o0..6南京工程学院学报（自然科学版)2016年6月4结论1)荷载大小对沥青路面结构力学响应的影响很大•面层的剪应力、层底的拉应力以及路表的弯沉都会随着垂直荷载的増大而増大.因此，在夏季高温或荷载作用较长时间的情况下,沥青面层在重载作用 下会产生较大的剪应力，从而导致面层产生车辙.这应该成为沥青路面设计和养护重点关注的问题.2)水平力对沥青路面结构的应力分布有较大的影响•位于面层处的纵向剪应力值和纵向正应力值会随着水平力的増加而迅速増加.在水平荷载较大区域内，表面层滑移和拥包等破坏现象也应该成为沥青 路面设计重点考虑的问题.同时，由于十字路口或大纵坡路段会存在较大的水平力，故在给这些路段进行 路面施工的时候，更加应该着重加强表面层与其下面层的层间粘结能力,从而更好地预防滑移、拥包和裂 纹等破坏的发生.参考文献：& 1'邓学均•路面设计原理与方法& M] •北京:人民交通出版社，200C[2]王乾•沥青路面结构荷载应力有限元分析&D]•西安:西安建筑科技大学，2006&3]郑仲浪•重载车辆作用下沥青路面层间力学行为研究[D] •西安:长安大学，2010.[4]张培森•车辆荷载作用下沥青路面结构应力分析[D] •西安:长安大学，200C[5]刘红坡•层间接触对半刚性沥青路面力学响应的影响[D].成都:西南交通大学，2006[6]张碧琴，马亚坤，张强，等•重载作用下沥青路面结构验算方法['•长安大学学报，2014, 34(1 ):1 -6.[7]廖公云.AbaquS有限元软件在道路工程中的应用[M] •南京:东南大学出版社，2014.[8] DASSAULTSYSTEMES.Abaqus/CAEUser’sManual [R].2011[9]王金昌•ABAQUS在土木工程中的应用[M].杭州：浙江大学出版社，2006.[10]王勖成•有限单元法基本原理和数值方法[M]. 2版•北京:清华大学出版社，2000.[11]中交公路规划设计院• JTTD50—2006公路沥青路面设计规范[S] •北京:人民交通出版社，2006.。
基于重荷载作用下的沥青路面的设计及应用分析
基于重荷载作用下的沥青路面的设计及应用分析摘要：有关数据表明当道路通车后累计的当量标准轴次远超过一般水平时，路面性能衰减将超常规发展。
车辆的超载或者重载，使得已建路面变得过早损坏，在使用之初就会出现车辙、坑槽或者开裂沉陷等破坏，从而极大缩短路面的寿命。
基于此背景，笔者结合工程实践对重载作用下的沥青路面设计进行探讨。
关键词：重荷载作用；沥青路面设计；路面破坏1.背景有关调查数据表明，沥青路面出现早期破坏的原因是各方面的，对车辆超载超限估计不足是其中一个非常重要的因素，也就是说我国目前所使用的沥青路面设计方法不再适合如今的重载交通沥青路面的设计。
我国目前的沥青路面的设计方法是根据常规荷载来设计的，而且由于路面材料本身明显的非线形特点，重载路面设计采用现行的规范的话，这在工程结构的安全上考虑是不规范的。
规范中明确表明现其所适用的是>13t的情况的沥青路面设计，而当轴重>13t却没有提及。
为了减少因车辆超载或重载对路面造成的过早破坏，提高沥青公路的通行能力，分析重荷载沥青路面设计是很有意义的。
2.重载沥青路面破坏原因分析交通轴载对路面厚度的设计是一个极其重要的参数。
现行的设计标准轴载为100KN，但是实际路面上的交通车辆通常会超限行使，这就使得实际测得的轴载大大的超过了标准的轴载，有的甚至超过了100%。
对于这种情况，为了避免沥青路面出现早期的疲劳破坏，就需要增加结构层的厚度。
从而有关研究设计人员就利用不同的轴载作用下底基层地面的弯拉应力与标准轴载作用下的应力相等的理念来确定在重载或者超载作用下所需要增加的结构层厚度，通过反复计算得出每一级超载水平所需增加的底基层厚度。
从上表中可以发现，车辆轴重每增加20KN，上表中每一项指标都会增大约19%，不过轴重从100KN增加至200KN时，底基层的弯拉应力或者弯拉应变都加大了近1倍，再观察当轴重增加至200KN时底基层所增加的厚度达到37cm。
然后再从疲劳的方面来看，随着轴重的加大其疲劳寿命衰减是非常之快的。
沥青路面承载能力应力应变指标分析
沥青路面承载能力应力应变指标分析摘要：笔者在路面结构力学基础上，研究了路面结构破坏的根本原因。
分析结果表面：路面破坏在于过度的应力或应变，而不是挠度造成。
有些路面损坏如推移、开裂与弯沉并无直接联系，而是与结构材料中的应力应变相联系。
因此，理想的承载力评价应以应力、应变为基础。
关键词：应力应变挠度承载力评价应力应变变化与“局部”破坏路面结构内的应力应变状况是极为复杂的，它随着结构层次组合、结构层厚度、作用荷载类型及温度、湿度等因素变化。
由于不直观、检测困难，目前在我国沥青路面设计规范中，只是将沥青及基层底部拉应力作为验算指标[1]。
FWD测试利用弯沉盆代替贝克曼梁的单点弯沉，使结构性能评价细化到路面各结构层。
这样建立在弯沉盆特性基础上的路面结构反算方法，使以应变为基础的无破损评价得以实现[2]。
本文的重点在于如何根据FWD测试数据获取结构层模量、应力应变及结构状态，而对对设计及评价指标不进行深入研究。
利用应变进行剩余寿命计算⑴AI法计算剩余寿命美国地沥青协会（AI）基本认定公路沥青路面破坏的两大准则是车辙和疲劳裂缝率。
通过模量的反算，也可以采用美国地沥青协会退到的两个道路寿命评估模型来确定路面的使用寿命。
这两个模型属于纯力学方法建立的路面剩余寿命评定模型，其特点是求出、，最重要的是首先确定路面的各层弹性模量。
由力学法建立的模型有较成熟的理论基础，它是利用弹性理论模型或粘塑性模型通过结构分析得到路面在荷载作用下的应力应变[3~6]。
对于疲劳开裂，在沥青协会MS-1路面设计手册所用的传递函数为：式中，为全路面20%~25%或轮迹带上45%裂缝率时的容许重复轮载作用次数（ESAL）；为沥青混凝土路面底部拉应变；为沥青混凝土面层模量。
对于永久变形（车辙），沥青协会给出的永久变形公式为：式中，为车辙13时的容许重复轮载作用次数（ESAL）；为非胶结层顶面垂直压应变。
计算路面剩余寿命在用于路面补强设计中时，可取，若道路累计作用轴载次数为，则剩余寿命为：若剩余寿命不能满足要求，则需改变设计，重新计算加铺后路面的原沥青层底部的应力、应变和剩余寿命，直到达到要求为止。
动载作用下公路沥青路面结构应力和变形分析的开题报告
动载作用下公路沥青路面结构应力和变形分析的开题报告一、研究背景及意义公路是连接城市和农村的重要交通网络，加强公路运输建设是国家经济发展的关键。
在公路建设中，路面作为承载车辆荷载的重要组成部分，在使用过程中会受到车辆以及自身重力的作用，从而产生应力和变形。
为了确保公路的安全性和可靠性，需要对公路路面的结构进行应力和变形分析，以便优化路面结构设计，延长公路使用寿命。
二、研究内容和目的本文研究的是动载作用下公路沥青路面结构的应力和变形情况。
具体研究内容包括：1. 分析动荷载在路面结构中的作用机理；2. 建立路面结构的有限元模型，计算路面的应力和变形；3. 分析路面应力和变形的分布规律，并提出优化设计建议。
通过上述研究，旨在为公路路面结构设计和改进提供理论依据，进一步提高公路的安全性和可靠性。
三、研究方法和步骤本文采用有限元仿真分析方法，分为以下步骤：1. 对应力分析所需的材料性质进行调查和实验验证，确定材料参数；2. 建立动载荷载下的路面结构有限元模型，并进行标定验证；3. 定义荷载条件，进行动载荷载下的路面结构仿真分析，获得应力及变形数据；4. 分析路面应力和变形的分布规律，提出结构优化及设计建议。
四、研究成果及预期目标本研究将深入了解公路沥青路面结构中荷载的作用机理，建立路面的有限元模型，并考虑动载荷载情况进行仿真分析，得出路面应力和变形的数据，并针对规律进行分析。
预期目标为：1. 深入了解动载荷载下公路沥青路面结构的应力和变形规律；2. 提出优化公路沥青路面结构设计的建议和方案；3. 为公路路面结构的改进和优化提供科学理论指导。
以上为本文的开题报告，欢迎指导和建议！。
重载作用下沥青路面受力及损坏机理分析
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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。
车辆荷载与温度荷载共同作用下对沥青加铺层耦合应力分析
车辆荷载与温度荷载共同作用下对沥青加铺层耦合应力分析摘要：近年来，世界上许多国家对旧水泥混凝土路面进行了大量的修复工作，其主要措施是在旧水泥混凝土路面板上加铺沥青面层，实际工程表明，若采取的处理措施不当，旧水泥混凝土路面接缝或裂缝处的沥青加铺层极易产生反射裂缝。
从断裂力学的观点出发，可以认为其内部原因主要是由于旧水泥混凝土路面的裂缝或接缝作为原始的缺陷存在引起的应力集中所致。
由于旧水泥混凝土路面板的裂缝和接缝处不能承受拉（弯拉）应力及剪应力（或抗剪能力较低），沥青加铺层承担了该处大部分的拉（弯拉）应力或剪应力,在交通荷载及温度应力的反复作用下,沥青加铺层就会产生反射裂缝。
沥青加铺层反射裂缝的扩展模式主要有两种：剪切型反射裂缝及张开型反射裂缝。
因此有必要对在车辆荷载与温度荷载共同作用下对沥青加铺层耦合应力进行分析。
关键词：荷载与温度；耦合应力；分析Abstract: In recent years, many countries in the world on the old cement concrete pavement for a lot of restoration work, the main measure is the board in the old cement concrete pavement overlay asphalt surface, the actual project shows that if the action taken properly, the old cement concrete pavement joints or cracks in asphalt overlay easy to produce reflective cracking. From the viewpoint of fracture mechanics, can be considered mainly due to its internal cement concrete pavement cracks or joints as the original defect exists due to stress concentration due. Since the old cement concrete pavement cracks and joints can not withstand pulling (bending) stress and shear stress (or shear capacity is low), assumed the asphalt overlay where most of the pulling (bending) stress or shear stress in traffic loads and temperatures under repeated stress, asphalt overlay will produce reflective cracking. Asphalt overlay reflective cracking are mainly two models: shear cracks and open-type reflector reflective cracking. Therefore it is necessary to load and temperature load of the vehicle under the action of the asphalt overlay coupled stress analysis.Key words: load and temperature; coupling stress; analysisTU973+.21沥青加铺层反射裂缝是在交通荷载及温度的循环作用下引起路面材料和结构疲劳损伤而逐渐发展形成的。
浅议重载交通作用对沥青路面的影响
浅议重载交通作用对沥青路面的影响摘要：当前开放多元化的市场环境下，我国公路交通事业得到不断发展和壮大，同时，随着社会经济的快速运行，重载交通现象也愈加日益严重，由于重载交通作用对于沥青路面的使用性能会造成不同程度的影响和损害，针对重载沥青路面设计进行综合分析，有助于实现当前交通路建工程的科学开发。
关键词：交通公路重载作用沥青路面性能影响设计策略Abstract: The current open market environment of the diversification of, our country road transportation enterprise obtains the constant development and expansion, and at the same time, along with the social economy fast operation, heavy-load transportation phenomenon also becomes increasingly serious, due to the heavy traffic role of the asphalt pavement for performance will cause the influence of different level and damage, in view of the asphalt pavement design heavy comprehensive analysis, can help to realize the current road traffic construction engineering science development.Key Words: heavy traffic highway, asphalt pavement, performance, function influence, design strategy前言：近年来，随着交通路建工程施工材料的不断开发与应用，沥青混凝土以其较高的强度性能、稳定性以及耐久性等使用性能优势，成为现代公路交通路面结构的重要铺筑材料。
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基于重载车辆作用下的沥青路面层间应力分析探讨摘要：沥青路面的破坏机理一直是道路从业人员关注的焦点课题。
本文对沥青路面结构应力有限元分析进行详细的分析探讨，对沥青路面的设计及施工有一定的指导意义。
关键词：沥青路面、层间应力分析、有限元分析
abstract: the damage mechanism of the asphalt pavement is always the focus of attention of the road from personnel issue. in this paper, the asphalt pavement structure stress a detailed analysis of the finite element analysis, this paper of the asphalt pavement of design and construction has some significance.
key words: the asphalt pavement layer, between stress analysis, finite element analysis
中图分类号：u416.217 文献标识码：a 文章编号：
引言
车辆载荷是造成路面损伤的一个主要因素。
推移和拥包等破坏
现象是道路工程实践中常见破坏形式。
该现象与车辆对路面水平载荷的作用以及层间接触状态密切相关，用有限元方法对路面进行受力分析可以较为准确的揭示导致路面破坏的力学特征。
沥青路面结构应力有限元分析条件
1、面结构有限元模型的基本假定
采用有限元方法建立道路多层体系有限元模型时，首先，需对实际道路进行一定简
化，忽略次要因素的影响，以集中对关键问题的研究。
因此，为便于进行分析，对道路
的弹性层状体系作如下假定:
(1)各层皆由均质、连续、各向同性的弹性材料组成;其弹性参数以弹性模量e和泊
松比表征，这种材料的力学性能服从虎克定律;
(2)各层平面无限大.面层和基层有一定的厚度.底基层为半无限体;
(3)上层作用载荷，各层水平无限远处和底基层无限深处应力分量为零;
(4)层间不出现脱空，且各层分界面之间的接触条件采用连续体系，即应力和位移完
全连续。
我国城市道路路面设计除了满足弯沉和拉应力两项指标之外，尚须进行沥青混合料面层的剪应力验算.在进行沥青面层的剪应力验算时，要求面层在车轮垂直荷载与水平荷载共同作用下，其破坏面上产生的剪应力不应超过材料的容许剪应力。
2路面结构有限元模型的结构与参数
基于以上假设，根据某城际快速干道实际路面结构的参数建立道路多层体系的三维有限元模型。
图1 路面结构有限元摸型
路面结构有限元模型的边界条件
根据道路在实际车辆运行条件下的受约束和加载条件，进行一定简化，得到道路多层体系有限元模型的边界条件。
二、载荷作用下半刚性沥青路面层间接触应力有限元分析
车辆在水平道路上行驶过程中，既有对路面垂直方向载荷的作用，又有对路面水平方向载荷的作用，且水平方向的载荷会随车辆行驶状态的不同而改变。
现行的沥青路面规范中假定沥青路面层间的接触为完全连续状态，根据前面所建立的有限元模型，在垂直均布载荷为25kn，轮胎接地压力为0.7mpa的条件下计算了不同水平力系数的几种工况（具体计算结果不在此一一列举）。
根据计算结果可得出以下结论：（1）、层间连续在无水平力作用时，剪应力无论极大值还是极小值，其绝对值都随深度的增加而成增大的趋势，荃层顶部的值达到最大，且其极值的坐标位置不变。
（2）、随着深度的增加，各工况最大值成增加趋势。
这是因为剪应力随深度方向变化的趋势是先增大后减小，该结构到达基层顶部时仍未达到最大值。
水平载荷系数为0.15时，极小值规律不明显:当水平载荷系数大于0.35时，极小值的绝对值成明显减小趋势。
（3）、上面层顶部的最大值随水平载荷的增加变化不明显，最小值的绝对值成明显增大趋势:其余各层的最大值均随水平载荷的增加而减小，但最小值的绝对值随水平载荷的增加而增大。
（4）、基层顶部的最大值均比下面层层底要大，随水平力系数的增加最小值绝对值基层顶部的增加趋势没有面层底部快，说明水平载荷对下面层层底的影响更为显著.
三、层间光滑情况下层间剪应力有限元分析
沥青路面在车辆载荷长期作用以及水破坏等因素的影响下，路面层间的粘结性能会大大下降，这种现象在面层与基层间表现的尤为突出，不少区域面层和基层间仅仅存在摩擦。
按层间接触的极端情况考虑，这种层间的简单摩擦状态可视为完全光滑状态.通过对层间光滑情况进行分析，进一步研究沥青路面在该情况下的破坏行为。
根据水平载荷的不同，对层间光滑情况安排了五种工况。
表1 五种工况描述
分析结果如下图所示：
图3 应力对比图
根据分析结果可以看出，在不同水平力系数下层间光滑状态面层底部x方向正应力与应变变化的规律具有一致性，基本成“谷一峰一谷”的变化趋势，且既有拉应力又有压应力，应变既有“拉伸”状态又有“压缩即状态。
（1）当无水平载荷时，表现为明显的对称变化，区域内，由于面层和荃层光滑，面层与基层在垂直载荷作用分别有各自的中心面，在垂直载荷作用区域内，下面层底部位于中性面之下，故表现为拉应力，而在远离垂直载荷作用区域的两端，表现为压应力。
（2）随着水平载荷的增加，即水平力系数的增加，x负方向的
“谷”变化趋于平缓，而x正方向的“谷”逐渐加深，“峰”的变化不太明显，当水平力系数大于0.35时，x负方向处的应力均为拉应力，应变也基本上全部为拉应变。
但整体的变化趋势并未改变，仍然为“谷一峰一谷”。
且各“峰”“谷，的位置没有明显变化。
结论
通过计算表明，沥青路面基层与面层层间接触不良，会导致沥青路面的推移和拥包等破坏。
当沥青路面基层与面层层间的联结状况不良时，在车辆循环载荷的作用下容易使面层底部受拉开裂，尤其在重载车辆作用下，路面层间更容易出现破坏的现象。
对于柔性基层沥青路面，无论在常载还是超载的情况下，其层间抗剪能力要明显好与半刚性基层沥青路面。
要提高半刚性基层沥青路面的使用性能，必须考虑层间接触状态对它的影响，所以提高基层与面层层间的抗剪强度是非常必要的。
而层间联结状况的好坏很大程度上决定于施工艺水平和路面的施工质量，因此要采取技术措施，精心施工，尽可能提高面层与基层的抗剪强度。
参考文献
[1]张起森.路面有限元分析中特殊单元刚度矩阵推导.湖南大
学学报.1980
[2]张起森道路工程有限元分析法.北京:人民交通出版社，1983
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