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层间接触对半刚性沥青路面力学响应的影响

刘红坡  
【摘要】:我国现行的沥青路面设计规范以层状弹性体系为基础,设计时假定道路各结构层之间的接触面完全连续。然而,工程实践证明,沥青混凝土层与水泥稳定层之间以及沥青混凝土层之间的层间界面粘接比较薄弱,处于完全滑动与完全连续的中间状态,层与层之间通过接触传递应力。这样,沥青路面的实际工作状态与设计理论工作状态不相符合,从而直接影响到路面使用性能的预估,应采用接触模型分析路面在实际工作状态下的力学响应。 实践表明,轮胎与路面的接地形状采用矩形比传统的圆形要合理。论文采用有限元程序对考虑了层间接触的半刚性沥青路面采用矩形加载方式进行数值模拟。计算结果表明,在对半刚性沥青路面结构进行力学分析时,如果采用连续模型,沥青面层底部(轮载作用区下方)的最大主应力值呈现压应力,半刚性基层底面的最大主应力偏小。这样,在采用《公路沥青路面设计规范》(JTJ014-97)进行半刚性沥青路面厚度设计时,对沥青面层底面、半刚性基层底面的最大拉应力是否大于材料的容许拉应力进行验算就起不到应有的作用,并且设计出来的沥青面层厚度较薄。而如果采用接触模型,则沥青面层底面和半刚性基层底面(轮载作用区下方)的最大主应力值呈现比较大的拉应力。 目前,货车超载是非常普遍的现象。车辆超载时,半刚性沥青路面结构的力学响应值都有大幅度的增加,路面结构的使用寿命随超载率的增加而大幅度缩短。 车辆在制动或起动过程中,轮胎会给路面很大的水平荷载。计算结果表明,水平荷载对半刚性沥青路面结构的最大剪应力有较大影响。 沥青路面各结构层之间通过接触传递应力。从数值计算结果看,采用接触模型对沥青路面进行结构分析比连续模型能更好的反映沥青路面的实际受力特性。


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