交通荷載作用下剛性路面的動力響應(yīng)和溫度應(yīng)力分析.pdf

1、對于剛性路面的動力響應(yīng)分析，絕大多數(shù)的論文都只研究了垂直荷載的作用，而沒有考慮水平荷載和溫度應(yīng)力的作用，而水平荷載和溫度應(yīng)力恰恰是造成路面破壞的主要因素。
　　本論文首先用ABAQUS有限元軟件分析了在只有垂直荷載單獨作用時，路面的動力響應(yīng)，并且分別討論了道路結(jié)構(gòu)層的彈性模量以及面層和基層的厚度等參數(shù)對動力響應(yīng)的影響。分析結(jié)果表明：
　　1.通過提高水泥混凝土面層的強度等級來提高其彈性模量，計算得到的路面面層的豎向變形只是略

2、為減小，但減小量很少，付出的代價太大，得到的效果卻不明顯。因此想要通過提高水泥混凝土面層的彈性模量來減小剛性路面的動力響應(yīng)的作法不可行。
　　2.增大基層的彈性模量，即采用半剛性基層比采用柔性基層,可以有效地減小道路結(jié)構(gòu)層的動力響應(yīng)。
　　3.增大路基土的彈性模量，可以減小道路結(jié)構(gòu)層的動力響應(yīng)，但效果不如增大基層的彈性模量。
　　4.增大面層的厚度，可以有效地減小道路結(jié)構(gòu)層的動力響應(yīng)。
　　5.增大基層的厚度，也

3、可以有效地減小道路結(jié)構(gòu)層的動力響應(yīng)，但效果不如增大面層的厚度。
　　汽車在路面上行駛時,輪胎對路面的作用除了有垂直荷載外,還有水平荷載。為了更全面真實地模擬路面受到的荷載，使得研究結(jié)果更準確，必須考慮水平荷載的作用。本論文分析了在水平荷載單獨作用、水平荷載與垂直荷載不同組合等不同的情況下，取不同的水平荷載系數(shù)時，剛性路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力響應(yīng)。研究結(jié)果表明，
　　1.水平荷載單獨作用時，隨著水平荷載的線性增加，彈性面層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變

4、化符合Maxwell模型。
　　2.水平荷載發(fā)生偏載比對稱地作用在路面上所產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力要增大，其影響范圍主要集中在道路表面，這使得剛性路面表面更容易出現(xiàn)與剪應(yīng)力方向同向的剪切型裂縫。
　　3.偏載水平荷載作用下，路面面層承受的最大拉應(yīng)力更大，這使得水泥混凝土的拉應(yīng)變更易于超過其極限拉應(yīng)變而發(fā)生開裂。
　　4.水平荷載系數(shù)的增大，會導致受拉區(qū)域的擴大，由原來的面層底部受拉擴展為面層表面與基層同時受拉，且拉應(yīng)力增加幅度

5、較大。
　　5.垂直荷載的增大對面層結(jié)構(gòu)中的拉應(yīng)力影響較小，但是其對層底拉應(yīng)力影響較大。
　　6.在面層表面以下0～150mm范圍內(nèi)，水平荷載引起的應(yīng)力響應(yīng)大，隨著深度的增加，最大應(yīng)力很快降低。最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力峰值的作用區(qū)域都集中在水泥混凝土路面的表層。
　　7.水平荷載的作用是不可忽略的。在水平荷載作用下，面層出現(xiàn)拉應(yīng)力；在垂直荷載作用時，面層表面受壓，底部受拉。裂縫容易從面層底部或基層開展。這能夠更好地解釋路

6、面產(chǎn)生Top-Down裂縫的原因。
　　路面暴露在大氣中，除了受到交通荷載的作用外，還會由于溫度變化的影響而受到溫度應(yīng)力的作用。本文考慮了溫度應(yīng)力的作用，分別做了溫度單獨作用和溫度與荷載耦合作用下的路面應(yīng)力分析,得到以下結(jié)論：
　　1.溫度荷載單獨作用時，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)水平方向產(chǎn)生收縮應(yīng)力，豎直方向產(chǎn)生同樣大小的剪應(yīng)力，路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力響應(yīng)是各向同性的。
　　2.路面結(jié)構(gòu)的厚度對外界環(huán)境溫度變化引起的響應(yīng)有消減作用。

7、
　　3.外界環(huán)境溫度的變化對路面結(jié)構(gòu)做負功。
　　4.溫度下降幅度越大，產(chǎn)生的溫度收縮應(yīng)力越大。
　　5.溫度與車輛荷載耦合作用時，溫度應(yīng)力會增加路面結(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力，使剛性路面發(fā)生剪切破壞。
　　6.溫度與對稱荷載耦合作用時，水平荷載系數(shù)的增大對路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響不大，垂直荷載的增大能夠顯著的促進剛性路面的應(yīng)力響應(yīng)。
　　7.溫度與偏載荷載耦合作用時，拉應(yīng)力集中在路面結(jié)構(gòu)左側(cè)、水平荷載矢量點處，整個面層左側(cè)區(qū)