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沥青路面不同层间接触状态对路面结构受力的响应研究

李新贺  
【摘要】:沥青路面面层之间或面层与基层之间的粘结比较薄弱,沥青路面易产生车辙或层间剪切滑移,严重影响路面结构耐久性。论文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。再分析坡度、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,讨论各因素分别在爬坡路段和车辆制动过程中的影响显著性。 从20℃、标准轴载下各面层底部最大剪应力随各层间摩擦系数的变化趋势可知,各层间摩擦系数均应越大越好,但应符合以下关系μ_2=μ10.1,(μ_2=0.1)≤μ3≤μ_2,且第一、二和三接触面的抗剪强度最好能够达到549.36KPa,338.1KPa和241.01KPa以上。坡度、车辆制动和超载均对各接触面的纵向层间剪应力的影响要大于对横向层间剪应力的影响,且对第一接触面的纵向层间剪应力影响最大,而且纵向层间剪应力值与各因素成线性关系;并提出了对应状态下各接触面的抗剪强度要求。各因素对竖向变形的影响大小为超载>车辆制动>各接触面的接触状态>坡度。面层厚度对下面层与基层之间的层间剪应力的影响最大。循环荷载和速度对竖向变形的敏感性基本相当,且都远小于温度的影响。在爬坡路段,不同层间的层间剪应力都是荷载的影响最大,随后是对应层间的层间接触状态,坡度对层间剪应力的影响只在第一接触面明显。在车辆制动过程中,纵向层间剪应力CSHEAR2(1)和CSHEAR2(2)受荷载和水平力的影响是显著的,而对CSHEAR2(3)影响显著的因素增加了第三接触面的接触状态。


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