重载动态荷载作用下低矮路堤及沥青路面力学响应研究

【摘要】：由于土地资源的日益紧张,低矮路堤高速公路设计越来越多被采用。而港口城市的低矮路堤高速道路,受到集装箱车、巨型货车等重载车辆动态荷载和软土地基的综合影响,导致低矮路堤的路面破坏严重,因此需要系统研究重载车辆对软土地基低矮路堤条件下,路基及沥青路面的力学响应规律,进而预防病害的发生。本文首先根据沥青路面的平整度条件,计算不同平整度标准差与波形参数的关系式,使用MATLAB软件,分析波长、幅值、平整度标准差三者之间的变化关系。建立二自由度四分之一车辆振动模型,分析波长、振幅、车速、轴载对动载系数的影响规律,结果表明,不利条件下动载系数可达1.45。而后,采用ABAQUS软件建立三维路面结构模型,分析速度、轴载对路面结构动力响应的影响。结合天津滨海新区西外环低矮路堤段高速公路工程,采用有限元模拟与试验综合分析软土低矮路堤在不同荷载和不同速度下的力学响应。结果表明正弦荷载作用下,路面结构的应力、应变和位移均大于静态荷载时的作用。随着轴载的增大,路面和软土路堤结构层的动态响应基本呈线性增大。随着速度的增大,路面结构竖向应力逐渐较小,竖向位移先增大后减小;软土路堤的附加竖向应力一直增大,并且增大的速度越来越小。因此在软土地区道路采用低矮路基设计时,要充分考虑轴载和速度对路面和路基的动力影响。