路基回弹模量对刚性路面疲劳寿命的影响分析
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的最佳 含水 量逐 渐 达 到 平衡 含 水 量 ， 时 路基 回 此
图 １ 荷 载 分 布 图 不 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
弹 模量值 会 发生 较 大 变 化 ， 应对 路 面疲 劳 寿命 相 产 生较 大 的影 响． 因此 ， 必要 分析路 基 回弹模 量 有
轮胎 接 地形 状 采 用矩 形 ， 宽 度 取 ２ ｍ 和 其 ２ｃ
摘 要 ： 于 大 型 通 用 有 限元 软 件 ＡＢ 基 ＡＱＵＳ 建 立 水 泥 混 凝 土 路 面 结 构 体 系 三 维 有 限 元 模 型 ， 对 ２ ， 针
种 路 面结 构 形 式 和 ２种 轴 重 的轴 载 作 用 ， 算 不 同 路 基 回 弹 模 量 下 的 路 面 结 构 响 应 ， 合 水 泥 混 计 结 凝 土 疲 劳 方 程 ， 析 路 基 回弹 模 量 对 路 面 结 构 疲 劳 寿 命 的影 响 ． 果 表 明 ， 着 路 基 模 量 的 增 加 ， 分 结 随
Ｖｏ ＿ ６ Ｎｏ ２ ｌ３ ．
Ａ ｐ ． ２０ ｒ １２
路 基 回弹模 量 对 刚性 路 面疲 劳 寿命 的影 响分 析 ＊
林 小 平¨ 凌 建 明 周 亮
上海 ２０９） ０ ０ ２ （ 通 运 输 部 科 学 研 究 院” 北 京 １ ０ ２ ） （ 交 ０ ０ ９ 同济 大学 道 路 与交 通 工 程 教 育 部 重 点 实验 室
寿命显著降低．
关 键 词 ： 基 回 弹模 量 ； 面 疲 劳 寿 命 ； 响 分 析 ； 构 响 应 路 路 影 结
中 图 法分 类号 ： １ ． Ｕ４ ６ １ Ｄ Ｉ１ ． ９ ３ｊｉ ｎ １０ —８ ３ ２ １ ． ２０ １ Ｏ ：０３ ６／．ｓ ． ０ ６２ ２ ． ０ ２ Ｏ ． １ ｓ
板底 应力 水平 及 变 化率 近似 呈线 性 水 平 降低 ， 路 面 疲 劳 寿 命 与 疲 劳 寿 命 折 减 率 则 呈 现 出 较 为 明 而
显的非线性变化 ， 力水平变化不大 的条件将 使得路 面结构疲 劳寿命 产生显著 影响 ； 高路 基 回 应 提
弹 模 量 在 较 高 区间 （Ｏ ０ｋ ａ将 更 加 显 著 增 大 路 面疲 劳寿 命 ， 外 ， 大 轴 载 会 使 路 面 结 构 疲 劳 ４ ～６ Ｐ ） 另 增
本文 针对 ２类 典 型 水 泥 混凝 土路 面结 构 ， 以
式 中： Ｐ为轮 胎 接 地压 力 ， ａ Ｐ 为 轴 重 ， Ｎ； 。 ＭＰ ； ｋ Ｐ 为轮 胎 内压 ， ａ ＭＰ ．
及 ２种 轴重轴 载 作 用 ， 于 大 型通 用 有 限 元 软件 ． 基
ＡＢ ＡＱＵＳ 建 立 路 面 结 构 体 系 三 维 有 限元 模 型 ， ，
的推荐范围确定 路面结构和材料参数见表 ２ ． ．
表 １ 荷 载 参 数
２ 有 限元 计 算 结 果 分 析
２ １ 疲 劳应 力计 算模 型 ． 水 泥混凝 土 路 面 的破 坏 是 疲 劳 损 坏 的过 程 ， 因此 路基 模量 变 化对水 泥 混凝 土路 面结 构 的影 响 最终 是反 映 到路 面 结 构 的疲 劳 寿命 上 ． 本 文 采 故
１ ２ 结构和 材料 参数 ． 选 取特重 交通 水泥 混凝 土路 面作 为典 型路 面 进 行 分 析 ， 面 各 结构 层 材 料假 定 为 均匀 、 路 连续 、
收稿 日期 ：０ １１ ２ ２ １—卜２
林 小 平 （９ １ ： ， 学 博 士 ， 士 后 ， 级 工 程 师 ， 要 研究 领 域 为 公 路 路 基 与 机 场 工 程 １ ８一）男 工 博 高 主
下 的回弹模 量作 为 表 征 路 基性 能 的重 要 参数 ， 然
而 受地 下水 位 升降 、 大气 降水 与蒸发 、 面结构 透 路 水等 因素 的影 响 ， 基 回 弹模 量 在 一 定 时 间 内不 路
断 波动并 衰变 ， 而 影 响 路 面 的结 构 响 应 和疲 劳 从 寿命 ． 基在 建成 运行 后 ， 路 路基 含 水量会 由压 实 时
２ ｍ， ４ｃ 轮胎 接 地 压 力 与 轴 重 和 内 压 的 关 系 见 式
（ ）１］ １ Ｅ ２． － Ｐ ＝ ． ０ Ｐ ＋ ０ ２ ｐｉ ０ １ ５ ＝ ＝０ ０ ２ １ ． ９ ＋ ． ４ （） １
对 路 面疲 劳寿命 的影 响 ， 以便 为 路 面 结构 使 用 寿
命 预 估提供 科 学准 确 的参 考值 ．
轴载 分别 为 １ ０ ｋ 和 ２ ０ ｋ 对 应 的荷 载 ０ Ｎ ０ Ｎ
轮压 和轮 印大 小见 表 １ ．
计算 不 同路 基 回 弹模 量值 下 的路 面 结 构 响应 ， 结
合 水 泥混凝 土疲 劳方 程 ， 析 路 基 回 弹模 量 变 化 分 对 路 面疲 劳寿命 的影 响 ．
交通 部 西 部 交 通 建 设 科 技 项 目资 助 （ 准号 ：０ ７ 期
林 小 平 ， ： 基 回弹 模 量 对 刚性 路 面疲 劳 寿命 的 影 响 分 析 等 路
・２３ ・ ６
各项 同性 的 弹性 体 ， 料 参 数 取 值参 考 现行 规 范 材
第 ３ ６卷 第 ２ 期
２１ ０ ２年 ４月
武 汉理 工大 学学报 （ 通科 学与工 程版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒ ｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａｏ ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
０ 引
言
三维 有 限元分 析模 型
１ １ 荷载 参数 ．
路基 回弹模量 是路 面结 构设 计 的重要参 数 之
一
．
在我 国公 路设 计 中普 遍 采 用最 佳 含 水 量 状 态
在有 限元计 算 中 ， 用单 轴双 轮组 轴载 ， 采 轴重 考 虑标 准轴 载 ｉ ０ｋ 和 超 载 ２ ０ｋ ０ Ｎ ０ Ｎ ２种 工 况 ， 轴 载 的荷 载 图式见 图 １ ．
图 １ 荷 载 分 布 图 不 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
弹 模量值 会 发生 较 大 变 化 ， 应对 路 面疲 劳 寿命 相 产 生较 大 的影 响． 因此 ， 必要 分析路 基 回弹模 量 有
轮胎 接 地形 状 采 用矩 形 ， 宽 度 取 ２ ｍ 和 其 ２ｃ
摘 要 ： 于 大 型 通 用 有 限元 软 件 ＡＢ 基 ＡＱＵＳ 建 立 水 泥 混 凝 土 路 面 结 构 体 系 三 维 有 限 元 模 型 ， 对 ２ ， 针
种 路 面结 构 形 式 和 ２种 轴 重 的轴 载 作 用 ， 算 不 同 路 基 回 弹 模 量 下 的 路 面 结 构 响 应 ， 合 水 泥 混 计 结 凝 土 疲 劳 方 程 ， 析 路 基 回弹 模 量 对 路 面 结 构 疲 劳 寿 命 的影 响 ． 果 表 明 ， 着 路 基 模 量 的 增 加 ， 分 结 随
Ｖｏ ＿ ６ Ｎｏ ２ ｌ３ ．
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路 基 回弹模 量 对 刚性 路 面疲 劳 寿命 的影 响分 析 ＊
林 小 平¨ 凌 建 明 周 亮
上海 ２０９） ０ ０ ２ （ 通 运 输 部 科 学 研 究 院” 北 京 １ ０ ２ ） （ 交 ０ ０ ９ 同济 大学 道 路 与交 通 工 程 教 育 部 重 点 实验 室
寿命显著降低．
关 键 词 ： 基 回 弹模 量 ； 面 疲 劳 寿 命 ； 响 分 析 ； 构 响 应 路 路 影 结
中 图 法分 类号 ： １ ． Ｕ４ ６ １ Ｄ Ｉ１ ． ９ ３ｊｉ ｎ １０ —８ ３ ２ １ ． ２０ １ Ｏ ：０３ ６／．ｓ ． ０ ６２ ２ ． ０ ２ Ｏ ． １ ｓ
板底 应力 水平 及 变 化率 近似 呈线 性 水 平 降低 ， 路 面 疲 劳 寿 命 与 疲 劳 寿 命 折 减 率 则 呈 现 出 较 为 明 而
显的非线性变化 ， 力水平变化不大 的条件将 使得路 面结构疲 劳寿命 产生显著 影响 ； 高路 基 回 应 提
弹 模 量 在 较 高 区间 （Ｏ ０ｋ ａ将 更 加 显 著 增 大 路 面疲 劳寿 命 ， 外 ， 大 轴 载 会 使 路 面 结 构 疲 劳 ４ ～６ Ｐ ） 另 增
本文 针对 ２类 典 型 水 泥 混凝 土路 面结 构 ， 以
式 中： Ｐ为轮 胎 接 地压 力 ， ａ Ｐ 为 轴 重 ， Ｎ； 。 ＭＰ ； ｋ Ｐ 为轮 胎 内压 ， ａ ＭＰ ．
及 ２种 轴重轴 载 作 用 ， 于 大 型通 用 有 限 元 软件 ． 基
ＡＢ ＡＱＵＳ 建 立 路 面 结 构 体 系 三 维 有 限元 模 型 ， ，
的推荐范围确定 路面结构和材料参数见表 ２ ． ．
表 １ 荷 载 参 数
２ 有 限元 计 算 结 果 分 析
２ １ 疲 劳应 力计 算模 型 ． 水 泥混凝 土 路 面 的破 坏 是 疲 劳 损 坏 的过 程 ， 因此 路基 模量 变 化对水 泥 混凝 土路 面结 构 的影 响 最终 是反 映 到路 面 结 构 的疲 劳 寿命 上 ． 本 文 采 故
１ ２ 结构和 材料 参数 ． 选 取特重 交通 水泥 混凝 土路 面作 为典 型路 面 进 行 分 析 ， 面 各 结构 层 材 料假 定 为 均匀 、 路 连续 、
收稿 日期 ：０ １１ ２ ２ １—卜２
林 小 平 （９ １ ： ， 学 博 士 ， 士 后 ， 级 工 程 师 ， 要 研究 领 域 为 公 路 路 基 与 机 场 工 程 １ ８一）男 工 博 高 主
下 的回弹模 量作 为 表 征 路 基性 能 的重 要 参数 ， 然
而 受地 下水 位 升降 、 大气 降水 与蒸发 、 面结构 透 路 水等 因素 的影 响 ， 基 回 弹模 量 在 一 定 时 间 内不 路
断 波动并 衰变 ， 而 影 响 路 面 的结 构 响 应 和疲 劳 从 寿命 ． 基在 建成 运行 后 ， 路 路基 含 水量会 由压 实 时
２ ｍ， ４ｃ 轮胎 接 地 压 力 与 轴 重 和 内 压 的 关 系 见 式
（ ）１］ １ Ｅ ２． － Ｐ ＝ ． ０ Ｐ ＋ ０ ２ ｐｉ ０ １ ５ ＝ ＝０ ０ ２ １ ． ９ ＋ ． ４ （） １
对 路 面疲 劳寿命 的影 响 ， 以便 为 路 面 结构 使 用 寿
命 预 估提供 科 学准 确 的参 考值 ．
轴载 分别 为 １ ０ ｋ 和 ２ ０ ｋ 对 应 的荷 载 ０ Ｎ ０ Ｎ
轮压 和轮 印大 小见 表 １ ．
计算 不 同路 基 回 弹模 量值 下 的路 面 结 构 响应 ， 结
合 水 泥混凝 土疲 劳方 程 ， 析 路 基 回 弹模 量 变 化 分 对 路 面疲 劳寿命 的影 响 ．
交通 部 西 部 交 通 建 设 科 技 项 目资 助 （ 准号 ：０ ７ 期
林 小 平 ， ： 基 回弹 模 量 对 刚性 路 面疲 劳 寿命 的 影 响 分 析 等 路
・２３ ・ ６
各项 同性 的 弹性 体 ， 料 参 数 取 值参 考 现行 规 范 材
第 ３ ６卷 第 ２ 期
２１ ０ ２年 ４月
武 汉理 工大 学学报 （ 通科 学与工 程版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ
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０ 引
言
三维 有 限元分 析模 型
１ １ 荷载 参数 ．
路基 回弹模量 是路 面结 构设 计 的重要参 数 之
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．
在我 国公 路设 计 中普 遍 采 用最 佳 含 水 量 状 态
在有 限元计 算 中 ， 用单 轴双 轮组 轴载 ， 采 轴重 考 虑标 准轴 载 ｉ ０ｋ 和 超 载 ２ ０ｋ ０ Ｎ ０ Ｎ ２种 工 况 ， 轴 载 的荷 载 图式见 图 １ ．