第06章-高模量沥青混凝土路面力学数值模拟.pdfVIP

258 科技研究 城市道桥与防洪 2011年6月第6期 高模量沥青混凝土路面力学数值模拟 1 2，3 邱自萍 ，郑木莲 摘 要：高模量沥青混凝土（HMAC）作为一种新型路面材料，具有模量高、抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性 不强等优点，对于提高路面抗车辙能力非常有效。该文利用通用有限元软件ANSYS，对设置高模量沥青混凝土层的半刚性基 层沥青路面的荷载响应进行数值模拟分析，结果表明高模量沥青混凝土可显著抑制车辙的产生，并推荐出高模量沥青混凝土 层的模量和厚度的合理范围。 关键词：高模量沥青混凝土；车辙；剪应力；数值模拟 中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：1009-7716（2011）06-0258-03 0 前言 随着公路交通量增加和重载车辆增多，沥青 路面车辙损害现象越来越突出，严重影响路面行 车的安全性和舒适性，防治车辙问题已成为迫切 需要解决的问题。近年来高模量沥青混凝土 （HMAC）的出现，为解决车辙损坏提供了一个新的 方案。HMAC作为一种新型路面材料，具有模量高、 抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性 不强等优点，对于提高路面抗车辙能力非常有效。 图1 几何模型透视图 本文通过力学数值模拟的手段，利用大型有限元软 件ANSYS建立合理的计算模型，对高模量沥青混 凝土路面结构进行分析，研究高模量沥青混凝土路 面结构的应力、应变分布规律，分析了应用高模量 沥青混凝土对路面力学性能的改善作用，并推荐出 高模量沥青混凝土层的模量和厚度的合理范围。 1 计算模型与考察指标的确定 本文利用ANSYS有限元计算程序，采用8节 点各向同向实体单元SOLID45，建立空间三维模 型进行路面结构的力学响应计算，建立的模型见 图2 网格划分透视图 图1和图2所示。 由于车辙产生的主要原因为结构剪应力和压 2.2 沥青中面层模量的影响 密变形，所以本文中选取剪应力（变）、压应力 本文分析高模量沥青混凝土模量的提高对路面 （变）作为考察指标。 抗车辙能力的影响。故只考虑中面层模量的变化对 各项指标的影响，上、下面层仍然采用普通沥青混合 2 高模量沥青路面结构受力有限元分析 料。取标准轴载BZZ-100，采用表1所列的主要计算 2.1 高模量层位的确定 参数计算路面结构的受力状态，分析沥青中面层模 [2] 量对沥青路面应力、应变的影响。计算中，固定沥青 根据有关研究 ，从路面结构力学性能及降低 工程造价两方面综合考虑，将高模量层位设置在 中面层厚度取值为5cm，计算结果如表2所列。 路面的中面层。 由表2可以看出：模量的变化会使得剪应力 和压应力略有增大，但同时会使得应变产生大幅 收稿日期：2011-03-04 度的降低，其中剪应变减小尤为明显。应变随中面 作者简介：邱自萍（1981-），女，山东人，硕士，从事道路工程 层模量变化的趋势，开始阶段减小较快，随后变化幅 设计及科研工作。 2011年6月第6期 城市道桥与防洪 科技研究 259 表 1 计算参数表 逐渐减小，当中面层厚度从2cm增大至12cm 结构层 厚度/cm 弹性模量/MPa