路面层间粘结性能的非线性仿真分析

• 作 者: 石峰
• 发表日期: 2009年01期
• 关键词: 粘弹性 蠕变 有限元方法 剪力 过渡层

目前,路面各结构层之间的抗剪性能在我国乃至世界上许多国家的设计规范或手册中较少涉及,然而从以往的经验和道路的实际情况来看,路面结构在水平和竖向轮载的共同作用下,特别是重载作用下,层间剪应力是不容忽视的。本文基于粘弹性力学理论及有限元方法,致力于半刚性路面各结构层间抗剪性能的研究,以剪力SF作为指标定量地分析路面层间剪应力的突变。应用有限元软件ABAQUS对实际路面结构进行了模拟试验,比较分析了静、动态荷载作用下路面层间的剪应力变化规律;探讨了不同层间接触状态、荷载大小、基面层厚度与模量对沥青路面层间剪力的影响,并定量地研究了基面层间薄弱环节对于路面层间剪力的影响。最后,建立了以三种不同沥青混合料分别作为表面层、中面层和下面层的高等级路面模型,并假定了三个过渡层,将路面视为九层结构模型,分别计算了其在不同温度和行车条件下的层间剪力分布。应用本文的过渡层计算方法,得出了一些有益的结论:层间接触不连续处,剪应力都存在突变,而且随着层间粘结能力的加强,这种突变范围会减小。在垂直和水平荷载共同作用下,路面表面最大剪应力出现在荷载作用边缘处,此值受基层、面层厚度和模量的影响。最大剪应力随面层厚度的减小和面层模量的增大而增大。但在基层、面层模量相差不大时,面层的厚度和模量影响甚微。薄弱环节的存在直接改变了基面层间沿行车方向和路宽方向的剪力分布,由于薄弱环节基本不能承受剪力,剪力向薄弱环节周围转移,剪应力的最大值范围有所减小,而其值却有大幅度的增长。