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模型分析层间接触状态对沥青路面结构力学响应 　　【摘 要】本文着重介绍几种数值模型以及对数值模型进行比较和分析。在沥青路面结构设计分析中， 层间接触状况对路面结构力学响应有较大的影响。 　　【关键词】沥青路面；数值模型；力学响应；层间接触状况 　　1、简介 　　沥青路面设计是以弹性层状体系理论为基础，其中假定沥青路面各结构层之间连续体系或滑动体系两种极限状态。沥青路面层间粘结比较薄弱，使结构层处于完全滑动与完全连续的中间状态，层与层通过接触面传递应力和应变。这就导致沥青路面的实际工作状态与层状弹性体系不符合。因此需采用不同接触模型来分析在实际状态下的沥青路面力学响应状况。接下来通过介绍分析不同的分析理念和模型来进行比较。 　　2、分析模型 　　2.1 GAMES分析 　　GAMES程序，于2004年由东京电机大学松井教授等人开发。对于半刚性沥青路面结构，采用GAMES多层弹性体系计算程序，系统分析了层间接触状态对表面弯沉、表面拉应变、面层内剪应力、沥青面结构层底拉应变剪应力的影响。通过层间滑移系数来反映层间状态，GAMES程序适用于分析层间状态变化对路面力学响应的影响。 　　2.2 BISAR软件数模分析 　　计算软件采用SHELL 法的BISAR软件，层间考虑完全光滑及完全连续两种极端情况。在双圆均布荷载作用下，最不利的应力、应变空间位置必然在道路的横断剖面上，因此，在力学分析时只计算这个平面内点的力学响应。在道路横断面方向上取若干坐标点，为了更直观地反映路面结构的空间实际受力状况，用MATLAB软件对BISAR的计算结果进行空间三维化处理。 　　2.3 FLAC模型分析 　　该分析程序是一种基于三维显示有限差分法的数值分析方法。模型分析表明弯沉值和层底应力因层间接触条件的不同而改变；在结构设计分析中，层间接触状况对路面结构力学响应有较大的影响，当采用部分接触模型时能更好地反映路面结构的实际工作状态，建立路面结构三维弹性层状体系模型，并施加正弦半波荷载，模拟汽车动荷载对路面结构的影响研究不同层间接触状况下荷载对路面结构所产生的力学响应及路面结构的位移，分析路面结构应力应变大小及分布形式的影响规律。建模时，在下面层与基层之间利用FLAC3D中INTERFACE模块引入分界面，分界面处只有竖向位移与应力连续，切向应力与位移则不连续。对分界面赋予不同的力学参数来模拟不同的层间接触条件。 　　2.4 ABAQUS模型分析 　　该模型采用层间接触模型研究动态轮载作用下，半刚性基层沥青路面层间剪应力及路面变形响应。首先应用有限元软件ABAQUS建立沥青路面接触模型，确定车轮作用荷载的施加、模型尺寸及单元划分、边界条件、层间接触及沥青路面结构计算参数。并通过力学模型研究各层间摩擦系数对沥青路面最大剪应力和路面变形的影响，提出理论计算下各层层间的抗剪强度要求。可分析坡度、水平制动、超载和面层厚度等因素对路面层间剪应力和路面变形的影响。随后运用ABAQUS中的Creep模块建立沥青路面蠕变模型，分析温度、车速和循环荷载等因素对路面变形的影响。最后应用正交设计方法，讨论各因素影响显著性。 　　3、分析与讨论 　　1）BISAR程序能够考虑各种荷载及层间条件，因而在路面分析中应用比较广泛，但采用的层间模滑动型的BISAR程序，其计算结果表明不同状态下路表面弯沉大致相同，不能精确计算荷载作用下路表面的力学响应，如拉应力和拉应变等，另外在考虑荷载和层间条件等多因素时应用正交设计方法，能够直观反映路面分析完整性和科学性。 　　2）ABAQUS有限元分析，其Creep模块建立沥青路面蠕变模型，分析温度、车速和循环荷载等因素对路面变形的影响。可知，这类软件可以和正交设计方法相结合可以更好反映在各种因素下的路面力学响应特性。使用层间接触模型研究动态轮载作用下半刚性基层沥青路面层间剪应力及路面变形响应，用来研究路面力学特性，具有较高工程实践价值。 　　3）FLAC模型分析过程中，通过三维应力效果图，直观看出参数弯沉值和层底应力受层间接触条件的不同而改变，能够加载正弦半波荷载，模拟汽车动荷载作用以研究不同接触状况下动荷载对路面结构所产生的力学响应及路面结构的位移情况。 　　4）GAMES分析与BISAR分析很相似，前者通过采用改进的层间滑动模型以及同时考虑零阶、一阶、二阶贝塞尔函数和DE积分等能有效解决荷载的精确计算作用下路表面的力学响应。 　　4、总结 　　以上各种数值模型用于研究因层间接触条件不同对路面结构力学响应。根据研究条件、方向不同选择适宜的研究模型，其中涉及荷载包括动荷载、边界荷载及反复荷载等，温度，模量，接触面类型，定性或定量分析等。 　　【参考文献】 　　[1]白雪梅.层间接触状态对沥青路面结构