沥青路面低温抗裂温度场有限元分析

作者:郭博;赵亮 刊名:价值工程 上传者:张莹

【摘要】基于热传学原理,通过确定温度场的边界条件和初始分析状态,建立了沥青路面的温度场有限元模型,应用ANSYS的瞬态热分析和热力耦合技术,分析了低温地区沥青路面结构的温度应力及其随时间的变化规律。分析结果表明,低温地区沥青路面的应力受温度影响很大,沿深度方向呈现非线性变化,由上往下呈现递减的趋势,有限单元法可以用于路面温度场的预估,为路面结构和材料设计提供理论依据。

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Value Engineering 0 引言 随着沥青路面在交通运输领域的广泛应用,其病害一 直以来都是备受关注的问题。低温裂缝是沥青路面的主要 破坏类型[1]。因此,低温地区的沥青路面必须具有足够的低 温抗裂性能[2,3]。 沥青混合料是一种温度敏感性材料,其模量和强度 都会随温度的变化而变化,从而导致沥青路面的承载力 和稳定性均受到温度的显著影响。沥青路面的裂缝、车 辙、推挤拥包及疲劳破坏等病害,也直接或间接的与路面 温度场有关。 因此,预测沥青路面温度场的分布特性和变化规律, 对延长沥青路面的使用寿命具有重要的理论意义和现实 价值[4]。 1 沥青路面传热机理 1.1 低温地区沥青路面开裂 低温地区的沥青混凝土路面普遍存在收缩裂缝破坏, 而收缩裂缝主要发生在低温地区的降温过程中,尤其是在 降温幅度较大的情况下。 在降温过程中,由于不同材料间收缩系数的不同,沥 青混合料面层或者基层会产生不同的收缩量,而且材料的 层间粘结力是存在的,结构层的变形不能自由发生,这必 然导致层间摩擦阻力的产生,也就使得沥青混合料内部产 生相应的温度应力。虽然沥青混合料具有粘弹塑性,其应 力松弛特性使得温度应力会随着时间的增长而逐渐变小, 对荷载的响应则依时间和温度而定,但如果变温速率过快 而应力得不到足够时间消解,那么当温度应力所做的功累 积的能量超过沥青混合料本身所容许的极限程度时,沥 青路面就会产生低温开裂[5],导致出现沥青路面渗水、路基 要要要要要要要要要要要要 作者简介院郭博(1983-),男,陕西渭南人,研究方向为路面材料; 赵亮(1982-),男,陕西咸阳人,研究方向为路面材料。 沥青路面低温抗裂温度场有限元分析 Finite Element Analysis of Low Temperature Crack Resistance of Asphalt Pavement 郭博淤 GUO Bo曰赵亮于 ZHAO Liang (淤陕西铁路工程职业技术学院,渭南 714000;于中交二公局铁路工程有限公司,咸阳 713806) (淤Shaanxi Railway Institute,Weinan 714000,China;于CCCC-SHEC Railway Engineering Co.,Ltd.,Xianyang 713806,China) 摘要院基于热传学原理,通过确定温度场的边界条件和初始分析状态,建立了沥青路面的温度场有限元模型,应用 ANSYS 的瞬 态热分析和热力耦合技术,分析了低温地区沥青路面结构的温度应力及其随时间的变化规律。分析结果表明,低温地区沥青路面的应 力受温度影响很大,沿深度方向呈现非线性变化,由上往下呈现递减的趋势,有限单元法可以用于路面温度场的预估,为路面结构和 材料设计提供理论依据。 Abstract: Aimed at the thermal stress of asphalt pavement in low temperature zone and its varying with time, a finite element model of asphalt pavement temperature field is established. The model is based on theory of heat conduction, boundary conditions and the initial conditions, the methods of transient thermal and therm

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