高模量沥青混凝土路面力学数值模

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发布时间：2021-09-14

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高模量沥青混凝土路面力学数值模拟
邱自萍，郑木莲2,3
(1．广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州510507；2特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安710064；3．长安大学公路学院，陕西西安710064)
摘要：高模量沥青混凝土(HMAC)作为一种新型路面材料，具有模量高、抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性
不强等优点，对于提高路面抗车辙能力非常有效。该文利用通用有限元软件ANSYS，对设置高模量沥青混凝土层的半刚性基
层沥青路面的荷载响应进行数值模拟分析，结果表明高模量沥青混凝土可显著抑制车辙的产生，并推荐出高模量沥青混凝土
层的模量和厚度的合理范围。
关键词：高模量沥青混凝土；车辙；剪应力；数值模拟
中图分类号：U416．217 文献标识码：A 文章编号：1009—7716(201 1)06—0258—03
0 前言
随着公路交通量增加和重载车辆增多，沥青
路面车辙损害现象越来越突出，严重影响路面行
车的安全性和舒适性，防治车辙问题已成为迫切
需要解决的问题。近年来高模量沥青混凝土
(HMAC)的出现，为解决车辙损坏提供了一个新的
方案。HMAC作为一种新型路面材料，具有模量高、
抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性
不强等优点，对于提高路面抗车辙能力非常有效。
本文通过力学数值模拟的手段，利用大型有限元软
件ANSYS建立合理的计算模型，对高模量沥青混
凝土路面结构进行分析，研究高模量沥青混凝土路
面结构的应力、应变分布规律，分析了应用高模量
沥青混凝土对路面力学性能的改善作用，并推荐出
高模量沥青混凝土层的模量和厚度的合理范围。
1 计算模型与考察指标的确定
本文利用ANSYS有限元计算程序，采用8节
点各向同向实体单元SOLID45，建立空间三维模
型进行路面结构的力学响应计算，建立的模型见
图1和图2所示。
由于车辙产生的主要原因为结构剪应力和压
密变形，所以本文中选取剪应力(变)、压应力
(变)作为考察指标。．
2 高模量沥青路面结构受力有限元分析
2．1高模量层位的确定
根据有关研究I2j，从路面结构力学性能及降低
工程造价两方面综合考虑，将高模量层位设置在
路面的中面层。
收稿日期：2011-03—04
作者简介：邱自萍(1981一)，女，山东人，硕士，从事道路工程
设计及科研工作。
图1 几何模型透视图
图2 网格划分透视图
2．2沥青中面层模量的影响
本文分析高模量沥青混凝土模量的提高对路面
抗车辙能力的影响。故只考虑中面层模量的变化对
各项指标的影响，上、下面层仍然采用普通沥青混合
料。取标准轴载BZZ一100，采用表1所列的主要计算
参数计算路面结构的受力状态，分析沥青中面层模
量对沥青路面应力、应变的影响。计算中，固定沥青
中面层厚度取值为5 cm，计算结果如表2所列。
由表2可以看出：模量的变化会使得剪应力
和压应力略有增大，但同时会使得应变产生大幅
度的降低，其中剪应变减小尤为明显。应变随中面
层模量变化的趋势，开始阶段减小较快，随后变化幅