沥青路面计算中的弹性层状连续体系理论与有限元对比研究分析.pdfVIP

沥青路面计算中的弹性层状连续体系理论与 有限元对比研究分析 *荆儒鑫1，曹鹏1，冯德成1，林星艳2 （1.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，哈尔滨市，150090；2.黑龙江工程学院，哈尔滨市， 150090） 摘 要：运用 ABAQUS 大型仿真计算软件对一道路结构进行模拟, 得出路表弯沉和各层层底的 拉应力，然后用传统的计算方法计算路表弯沉与层底拉应力，并与ABAQUS 所得结果对比分析， 指出两个结果的差异与原因，并对模型进行修改，对道路的设计和施工有一定的指导作用。 关键词：沥青道路，弹性层状连续体系理论，有限元，弯沉，层底拉应力 自上世纪90 年代以来，随着国民经济迅猛发展，我国的公路事业进入了一个高速发展的时 期，道路的结构分析也越来越受到重视[1,2]。传统的道路结构计算中已解析解为主，这种方法虽 然计算结果精确，但计算过程繁琐。有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种 现代计算方法，它是 50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种 有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。因 其运用较简单的问题代替复杂问题后再求解，备受广大学者的亲睐[3,4,5]。 1 路面结构假设 取一工程实例进行力学计算，拟建半刚性基层沥青混凝土路面结构及各层结构物理力学参数 见表1。 表1 半刚性基层沥青路面结构 材料名称 厚度（mm） 抗压模量(MPa) 泊松比 改性沥青SMA-13 40 1400 0.25 改性沥青Sup-20 60 1300 0.25 AC-25 80 1200 0.25 水泥稳定碎石 200 1500 0.25 水泥稳定砂砾 200 1000 0.25 水泥稳定砂砾 160 1000 0.25 级配砂砾 150 180 0.35 土基 — 50 0.35 我国现行沥青路面设计规范采用路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连 续体系理论进行结构设计。为与之对应，有限元模型的轮胎接地形状采用与规范相同的圆形，单 圆半径为 106.5mm，双圆中心距 319.5mm 。选用车辆轴型为单轴双轮组，荷载分布形式为：竖 向均布荷载，0.7MPa 。为简化计算，各材料计算时均按弹性体考虑。 比较位置为两轮隙中间点。 2 传统方法计算沥青路面 传统方法计算沥青路面，采用弹性层状体系理论。弹性层状体系由若干个弹性层组成，上面 各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体[6]。 路表弯沉值按式(1)计算 2p δ l 1000 α F s E c 1 (1) 路表弯沉值按式(2)计算 σ pσ m m (2) 式中： l −路表弯沉(0.01mm)；