柔性基层沥青路面结构在车辆荷载作用下的应力分析
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力和 应 变的 分布 ，从 而为道 路 结构 设计 和施 工提供 必要 的指 导 。
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
用 。在 炎 热地 区 ，沥 青 路面 的寿 命还 与 结 构 承 载能 力 、
完全连 续 的 。在 三 维有 限元 分析 中 ，将 沥 青路 面视 为半 无限大 空 间体 连续 弹性 层状 体 系 。
３ 有 限元 分 析前 处理
３１ 路面 结 构及 材料 参数 ． 本次 有 限 元分 析 基 于福 建 省 沥青 路 面 的 典 型 结构 。 结 构形 式 如 图 １ 示 。从 上 到下 为 ４ｍ细 粒 式 沥 青 混 凝 所 ｃ
的应 力响 应通 过三 维仿 真 ，进 行 有限 元模 拟计 算 。
级琵碎石
２ 车 辆 路 面 作 用 分 析
路 面 的作 用是保 证 车辆 正常 行驶 ，汽 车在 道路 上 行
爱 水 泥稳 定碎石
驶 时 ，车轮 对 路面 作用 力是很 复 杂 的 ，取 决于 道路 的几 何 条件 （ 线 、曲线 、坡 道 ） 直 ，路 表 状况 （ 滑 、粗 糙 、 光 平 整度 ）以及汽 车 的运 动状态 （ 驻 、匀 速 、变速 、启 停 动 、刹车 ）等 。车 辆停 放在 平路 时 ，车 辆作 用在 路 面 上 的是 垂 直 静 压 力 ，行 驶 时 ，作 用在 路 面 上 的 有垂 直 压 力 、水平 力和 振动 冲击 力 。 柔性 道 路 的强度 与寿 命研 究 为道路 领 域近 几十 年来 的热 点 问题 ，而应 力分 析 是进行 研 究 的基础 。对 我 省柔
ＬＬＬＬ ＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬＬ Ｌ Ｌ ＬＬ ＬＬ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ ＬＬ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ ＬＬ ＬＬ Ｌ Ｌ Ｌ
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图１ 沥 青 路 面 结构
Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ 可 可 Ｖ
土基
Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ
Ｖ Ｖ
Ｖ
Ｖ Ｖ
Ｖ Ｖ
晕位・ ０ ∞
此次 有限 元分 析 中假 定环 境 为２ ￣ ０Ｃ，路面 各 层结 构
的弹 性模 量和 泊松 比 参照 文献 … 的数 值 ，如表 １ 示 。 所
表 １ 路 面 各层 的弹 性 模 量 和 泊 松 比 （ ０Ｃ） ２￣
性路 面道 路 结构进 行 应 力分析 研 究 ，可 以 更好 的把握 柔
性 路面 道路 结 构 的力学 特性 ，更 合理 地 进行道 路 结 构设
计 。 目前 ，道路 结 构设 计 中一般 假设 路面 个层 次 之 间是
３２ 车辆 路面 模 型建 立 ． 由于 车辆 是一 种对 称结 构 ，在 有 限元 分析 中为 减小
田 福 交 科 ２２ 第 期 建 通 技 ０ 年 ４ １
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
用 。在 炎 热地 区 ，沥 青 路面 的寿 命还 与 结 构 承 载能 力 、
完全连 续 的 。在 三 维有 限元 分析 中 ，将 沥 青路 面视 为半 无限大 空 间体 连续 弹性 层状 体 系 。
３ 有 限元 分 析前 处理
３１ 路面 结 构及 材料 参数 ． 本次 有 限 元分 析 基 于福 建 省 沥青 路 面 的 典 型 结构 。 结 构形 式 如 图 １ 示 。从 上 到下 为 ４ｍ细 粒 式 沥 青 混 凝 所 ｃ
的应 力响 应通 过三 维仿 真 ，进 行 有限 元模 拟计 算 。
级琵碎石
２ 车 辆 路 面 作 用 分 析
路 面 的作 用是保 证 车辆 正常 行驶 ，汽 车在 道路 上 行
爱 水 泥稳 定碎石
驶 时 ，车轮 对 路面 作用 力是很 复 杂 的 ，取 决于 道路 的几 何 条件 （ 线 、曲线 、坡 道 ） 直 ，路 表 状况 （ 滑 、粗 糙 、 光 平 整度 ）以及汽 车 的运 动状态 （ 驻 、匀 速 、变速 、启 停 动 、刹车 ）等 。车 辆停 放在 平路 时 ，车 辆作 用在 路 面 上 的是 垂 直 静 压 力 ，行 驶 时 ，作 用在 路 面 上 的 有垂 直 压 力 、水平 力和 振动 冲击 力 。 柔性 道 路 的强度 与寿 命研 究 为道路 领 域近 几十 年来 的热 点 问题 ，而应 力分 析 是进行 研 究 的基础 。对 我 省柔
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图１ 沥 青 路 面 结构
Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ 可 可 Ｖ
土基
Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ Ｖ
Ｖ Ｖ
Ｖ
Ｖ Ｖ
Ｖ Ｖ
晕位・ ０ ∞
此次 有限 元分 析 中假 定环 境 为２ ￣ ０Ｃ，路面 各 层结 构
的弹 性模 量和 泊松 比 参照 文献 … 的数 值 ，如表 １ 示 。 所
表 １ 路 面 各层 的弹 性 模 量 和 泊 松 比 （ ０Ｃ） ２￣
性路 面道 路 结构进 行 应 力分析 研 究 ，可 以 更好 的把握 柔
性 路面 道路 结 构 的力学 特性 ，更 合理 地 进行道 路 结 构设
计 。 目前 ，道路 结 构设 计 中一般 假设 路面 个层 次 之 间是
３２ 车辆 路面 模 型建 立 ． 由于 车辆 是一 种对 称结 构 ，在 有 限元 分析 中为 减小
田 福 交 科 ２２ 第 期 建 通 技 ０ 年 ４ １