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沥青路面力学响应的三维有限元分析

陈小念  
【摘要】:随着国民经济的持续快速发展及科学技术的进步,高等级沥青路面得到越来越广泛的应用。随之而来的,是汽车超载、超速等问题越来越严重,沥青类路面早期损害越来越严重。 针对上述问题,本文利用ANSYS有限元程序,选取一种半刚性基层沥青混凝土路面典型结构建立模型,对其进行数值分析。 本文主要考虑了公路纵坡、水平力、超载和行车速度等因素对路面结构力学响应的影响。分析结果表明,公路纵坡对路面结构受力的影响不明显。水平力对路面结构有不利的影响。当有水平力作用时,轮胎接地印痕前、后缘处出现应力集中,使沥青路面承受较大的压、拉应力,且在路表和基面层间出现较大的剪应力。这种应力状态极易导致和加速路面的裂缝、推移等早期损坏。因而,频繁受到水平力作用的路段,路面早期损坏严重。超载也是对沥青路面损害较大的主要因素之一。超载引起路面压应力增大,从而产生的水平力也增大,对沥青路面有显著的破坏作用。超载率越大,对路面结构的破坏力越大,大大降低路面的使用性能和缩短路面的使用寿命。车速增加对路面结构有两方面的影响。一方面,车速的提高,有利于路面结构的承载和变形能力;另一方面,同时增加的对路面结构的动力冲击,使路面处于不利的状态。但是这两方面的影响都相当微小,因此,可以忽略车速对路面结构力学响应的影响。 在前述分析之后,笔者搜集整理了相关学者对沥青路面有限元分析的结果以及襄樊试验路、随南路等沥青路面工程实测数据以及病害调查资料,将其与本文分析结果进行对比。本文的分析得到的规律与相关分析及实测数据吻合较好,而且本文分析结果能较好的解释沥青类路面的一些早期损坏现象。 针对本文分析的几种因素对路面结构力学响应影响的结果,笔者得出结论,并据此提出了防治沥青类路面早期损坏的一些合理建议。最后,笔者根据本课题的研究情况并结合目前沥青类路面仍存在的问题,提出了今后仍需进一步开展的研究工作。


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