极端高温、荷载耦合作用下沥青路面结构剪应变分析

作者:唐雷; 刊名:黑龙江交通科技 上传者:冯海霞

【摘要】利用有限元软件,从标准荷载下极端高温日沥青路面剪应变、超载、极端高温下沥青路面结构剪应变、沥青层厚度对极端高温下结构剪应变影响、半刚性基层模量对极端高温条件下沥青路面结构剪应变影响、中面层改性对沥青路面结构剪应变影响五个方面,对极端高温、水平荷载作用下路面结构剪应变进行了计算与分析.

全文阅读

1有限元计算模型及材料参数(1)有限元计算模型在路线长度方向,温度分布相差不大。基于此,温度场有限元模型应采用道路结构的横断面结构。具体尺寸为:路基宽度取12m,边坡比11.5,路堤高度2.5m,两边延伸5m,土基5m,共计高度7.5m。自上而下对道路结构有限元模型进行网格划分:其中将沥青混凝土面层单元分为5层,每层厚度为1cm;水泥稳定砂砾基层分4层,层厚5cm;天然级配砾石分4层,层厚5cm;上路堤厚55cm分5层,层厚11cm;土基分10层;下路堤厚150cm分10层,层厚15cm;土基分10层,层厚50cm;共计单元6220个;节点6437个。边界条件见图2。(2)沥青路面材料参数沥青路面材料热学参数具体数据详见表1。表1沥青路面材料的热工参数材料类型热学参数/(w/m)C/(J/kg)密度/(kg/m3)沥青面层1.279502000水泥稳定砂砾1.3310501700天然级配砾石1.3511321500土基1.45101416002有限元计算结果分析(1)标准荷载下极端高温日沥青路面剪应变从100kN双圆荷载条件下的15cm典型半刚性沥青路面的最大剪应变和最大剪应变深度情况,可以看出由于高温下沥青混合料的模量极大降低,沥青混合料内部的应力分布发生了极大的变化,影响车辙的剪应变急剧增加,极端高温使得沥青路面处于极高的剪应变状态。(2)超载、极端高温下沥青路面结构剪应变的计算与分析从100kN、150kN和200kN双圆荷载条件下的最大剪应变和最大剪应变深度情况,剪应变的增加并非随着荷载的增加成正比,相应于100kN,150kN和200kN荷载分别增加了50%、100%,按照轮胎接地压力的0.401次方与荷载大小成正比,得到150kN和200kN荷载下的轮胎接地压力分别为0.823MPa和0.924MPa,相应于0.7MPa相应增加了17.6%和32%,计算的最大剪应变相应增加了12%~21.6%、21.8%~37.8%,剪应变的增加比例与轮胎接地压力增加比例接近。(3)沥青层厚度对极端高温下结构剪应变影响在14:00条件下沥青路面结构中沥青层的剪应变变化规律,见图1。可以看出,沥青路面中产生剪切永久变形并非是一个点,而是一个沿深度方向剪切变形的累计,据此,可以采用沿深度方向的沥青层剪应变平均值来表示结构剪切变形的累计情况,按照图1所示,随着沥青层厚度增加,剪应变平均值先增加,在沥青层厚度为9cm左右达到最大值,之后随着沥青层厚度的增加而迅速下降。因此,通过计算可见,沥青层厚度9~12cm是抗车辙最不利的厚度,后面沥青路面车辙深度的预估会更加清晰反应这一点。(4)半刚性基层模量对极端高温条件下沥青路面结构剪应变影响水稳基层模量考虑9300MPa、6300MPa和3000MPa三种情况,计算15cm沥青路面下不同时间段、不同基层模量对沥青路面结构剪应变影响情况,见图1~图5。图1极端高温情境下沥青路面结构最大剪应变和剪应变平均值图2不同基层模量情况下沿深度方向最大剪应变的变化情况图3不同基层模量情况下沿深度方向最大剪应变的变化情况图4不同基层模量情况下沿深度方向最大剪应变的变化情况图5基层模量6300MPa时沿深度方向最大剪应变变化情况在不同时刻,沥青层内温度条件不同,其沥青混合料动态模量不同,半刚性基层的不同模量值对沥青混合料的模量值影响不同,在一天的温度最低的时刻,如6:00,混合料整体温度最低,沥青层动态模量最大,此时基层采用9300MPa的模量,计算的最大剪应变明显较6300MPa偏低;而在1200、1400、1800等温度较高时刻

参考文献

引证文献

问答

我要提问