泰安市农村公路沥青路面结构有限元

第44卷第3期2020年7月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Journal o£Wuhan University o£Technology(Transportation Science&Engineering)Vol.44No.3Jul.2020超载下半刚性基层沥青路面结构有限元分析王刚“张银博-（太平洋建设集团有限公司】〉乌鲁木齐830000）（新疆交通建设集团股份有限公司-乌鲁木齐830000）摘要:文中通过ANSYS有限元软件建立道路三维有限元模型，考虑趨载作用下，半刚性基层厚度和弹性模量在一定梯度变化情况时，道路各结构层层底力学响应情况，分析半刚性沥青路面结构各项力学响应量，并预估了不同路面结构形式下路面使用寿命.结果表明：结构层底部的拉应力或拉应变与路面结构疲劳寿命直接相关.在考虑车辆超载作用下，研究区域典型路面结构疲劳寿命较短.为了保证路面长期使用性能，进行路面设计时应选择在合理范围内增加基层厚度，防止基层与底基层所受水平拉应力过大,过早出现基底裂缝.关键词:超载;半刚性沥青路面;路面结构形式;有限元分析;疲劳寿命中图法分类号:U416.217doi：10.3963/j.issn.2095-3844.2020.03.0350引言近年来，随着西部开发大战略和丝绸之路经济带的实施，新疆交通运输业得到快速的发展，交通量剧增，随之而来的超载和重载现象也日益严重.按照规范设计的路面结构和设计标准已经满足不了正常的使用年限.和欧美国家相比,我国公路单车道的累积当量轴次远远大于设计轴载.如在设计年限为15年的公路上累积当量轴次为1.5X107〜2X107次，而我国据统计平均水平已达到了1亿次左右，有些路段甚至接近2亿次，以及气候环境影响因素长期作用,路面出现了纵、横向裂缝、泛油、车辙、路基沉陷等病害，这些病害的产生降低了高速公路的服务水平,缩短了道路的使用寿命，进而影响高速公路建设的综合效益充分发挥.因此，结合新疆地区特点，通过有限元分析的方法对现有路面典型结构进行力学响应分析，为延长路面的使用寿命提供必要的技术支持.1实测交通资料本文以我国新疆维吾尔自治区的交通状况为例，新疆位于我国西北边陲,亚欧大陆腹地，总面积为166万多kn?,约占全国国土面积的1/6,是中国面积最大的省区，地域辽阔.随着“十三五”规划及西部大开发战略的不断实施,新疆经济进入快速发展阶段,公路建设不断取得新成就,这对于加速现代亚欧大陆桥国际大通道形成，具有举足轻重的作用.此外，新疆地区高速公路上超载的现象也十分常见.图1为新疆某高速历年交通量统计情况.由图1可知，货车、特大货车数量增长稳健,货运车辆趋于重载化、总载不断增加,这些车辆绝大多数存在超载现象，个别轴载甚至可达13&2kN.因此，针对新疆高速公路沥青路面结构的力学分析，应适当考虑超载的情况卩叫霹詞闫靱壬s年份图1某高速历年交通量分布2路面结构及其材料参数的确定在参考G30吐乌大高速、乌奎高速，以及吐收稿日期：2020-05-18王刚（1982—）：男，硕士生，主要研究领域为公路工程・580・武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2020年第44卷和高速路面结构的基础上,选择表1的路面结构作为典型代表进行有限元分析卩旳.本文构建模型采用非线性材料本构关系，其中D-P模型（Druc-er-Prager）适用于抗压强度高于抗拉强度的材料,在岩石、混凝土和土壤材料的分析中，得到的分析结果较为准确.D-P材料特性参数需要三个物理量进行约束,分别为黏聚力C、内摩擦角0以及膨胀角0.当材料受剪时，会发生体积膨胀,膨胀角是表征体积膨胀大小物理量.当膨胀角0=0°时,材料不发生体积膨胀；当膨胀角申=<p时,材料发生较大的体积膨胀;O°V0Vp时,材料发生较小的体积膨胀.本文采用k平面上投影为von Mises圆的屈服面和非关联流动法则，即材料受剪时不发生体积膨胀，膨胀角0=0°.路面结构面层、基层、底基层、土基的参数选取参照研究区域实际路面结构以及已有的研究成果.表1沥青路面结构参数结构层材料厚度/m弹性模量(20°C)/MPa泊松比黏聚力c/kPa摩擦角卩/（°）面层沥青混凝土0.1512000.2534030基层水泥稳定砂砾0.1813000.2545058底基层天然级配砂砾0.204000.2512044土基砂砾土750.354835基层主要承受由面层传来的车辆荷载，并将力扩散到下面的垫层和土基中去.实际上基层是路面结构中的承重层，应具有足够的强度和刚度.为了探究基层材料参数对于力学响应的影响，本文另外选取了不同于原道路基层厚度及弹性模量的几组参数进行力学有限元分析.基层厚度选择18,24,30,36cm四组，基层弹性模量选择1100, 1300,1500,1700MPa四组.据此着重分析基层厚度、弹性模量在一定梯度变化情况时，道路各结构层层底力学响应情况.3有限元模型的建立沥青路面在行车方向和垂直方向为无限体,路宽方向为有限体,ANSYS有限元软件只能计算有限体单元结构应力，考虑到有限元计算的精度及效率，选取8mX8mX8m正方体模型金呦.模型选取纵向行车方向为X,横向垂直于行车方向为乙竖向路面结构厚度为Y.模型边界条件为:底面完全约束、顶面自由、路面前后方向和两侧均轴向约束.采用八节点六面体单元进行网格划分.为简化计算，路面结构层间按完全连续考虑.4路面结构力学响应分析路面标准轴载采用BZZ-100表示，轴载取值100kN,轮压为0.7MPa.考虑到研究区域高速公路车辆重载、超载化问题突出，计算轴载本文取150kN,由相关公式可得计算轮压为0.801 MPa.根据大量的试验及理论分析认为，轮胎的接地面积更接近于长椭圆形或者矩形等非圆形形状,为了计算方便与准确,可将轮胎接地形状简化为0.8712LX0.6L的矩形（L为轮胎接地长度）.通过计算可得，当量矩形的长为25.61cm,宽为17.4cm.4.1路面弯沉路面弯沉由路面承受荷载后，各结构层产生变形而产生,它可以反映出路面各结构层承载能力，并且在一定程度上可体现出道路的使用状况.弯沉值过大，表明各结构层承载能力不足,道路抵御病害的能力会不断减弱，伴随着交通荷载、气候状况、环境等外部因素的综合作用,从而导致一系列病害相继发生.因此，探究不同路面结构情况下，路面弯沉分布十分必要.图2为车辆荷载作用时不同基层厚度与弹性模量情况下路面弯沉分布.距轮隙屮心距离/m+I100MPa1300MPa*I500MPa*1700MPa 三-0.60£-0.61S-0.62圻-0.63或-0.64V-0.65空-0.66距轮隙中心距离/m23=-0.605E-0.610二-0615匕-0.620尻-0.625旨、-0.630$-0.635壬-0.64035-0.645图2a）不同基层厚度b）不同基层弹性模址不同基层厚度和基层弹性模量情况下路面弯沉分布由图％）可知，不同基层厚度路面最大弯沉均位于轮胎与路面接触面中心位置，在同一荷载水平作用下,路面弯沉随着基层层厚的增加而不断减小.基层厚度选择18cm时路面最大弯沉值为0.657mm,选择36cm时最大路面弯沉值为0.632mm.基本可以判定路面结构承载能力与基层厚度有关，基层厚度太薄,导致路面结构层变形过大，弯拉应力增加.由图2b）可知，不同基层弹性模量路面最大弯沉同样都位于轮胎与路面接触面中心位置，在同一荷载水平作用下，路面弯沉随着基层弹性模量的增加而不断减小.基层弹性模量为1100 MPa,路面最大弯沉为0.645mm,l700MPa时,路面最大弯沉为0.635mm,相差较小.第3期王 刚,等:超载下半刚性基层沥青路面结构有限元分析・581・4.2水平应力在较大的车辆荷载作用下，路面各结构层层 底会产生弯拉应力，由于面层、基层与底基层材料的抗拉强度较低，在车辆荷载反复作用下,各结构层层底容易发生开裂，从而形成荷载疲劳裂缝.本文从改变基层厚度与基层弹性模量角度入手来探究路面各结构层层底水平应力Sz 的分布情况, 结果见图3〜4.层材料、厚度选择不当或者施工中工程质量不达 标时,就会导致路面结构出现车辙、沉降、裂缝等 病害.以往研究发现,一般路面竖向压应力面层底部最大，如果面层过薄，竖向压应变无法在面层完 全消散，会进一步向基层和底基层传递.图5为不 同底基层厚度与弹性模量情况下，面层层底竖向压应力分布情况.8642086420o.O.O.O.O.O.O.0.0.距轮隙中心距离/m a ）不同基层”度64 2 0080604020o .O .0.0.o .O .O .O .距轮隙中心距离/m b ）不同基层弹性模量5 0 5 0 5 0 50 0 112 2距轮隙屮心距离/m-2-10 1 2 3a ）不同基层悖度距轮隙屮心距离/mb ）不同基层弹性模星图3不同基层厚度和基层弹性模量情况时基层底部水平应力Sz 分布图87654321O O O O O O O O 0.0.0.0.0.0.0.0.e d 2J 7 逻 4茶距轮隙中心距离An a ）不同基层序度p d s 、分六逻A W6 54 3 2 10,0①.0.0.0.0 O.O.O.O.O.O.距轮隙中心距离/m b ）不同基层弹件模虽4不同基层厚度和基层弾性模量情况时图5不同基层厚度和基层弹性模量情况时面层底部竖向应力SY 分布由图5可知，在基层厚度或者弹性模量变化 的情况下,面层层底竖向压应变分布规律类似,沿路面中心位置左右呈“W ”形分布，最大压应力均在车载中心处，且相差不大.不同基层厚度情况时,面层最大竖向压应力分布在0. 200〜0. 219MPa ;不同基层弹性模量情况时,面层最大竖向压应力分布在0. 214〜0. 228 MPa.本文选取的典型路面结构，路面面层共15 cm,厚度适中，竖向压底基层底部水平应力Sz 分布由图3可知，在考虑超重的车辆荷载作用下,不同基层厚度与弹性模量基层底部均出现水平拉应力.在不同基层厚度和基层弹性模量情况下，基层水平最大拉应力均发生在荷载中心处.其中选 择基层厚度为18,24,30,36 cm 时,基层最大水平拉应力分别为 0. 159,0. 131,0. 120,0. 126 MPa. 说明基层水平拉应力并不是简单随基层厚度增加而减少，而是存在临界范围，在临界范围内增加基层厚度可以减少拉应力，从而降低基层弯拉破坏 几率.当基层弹性模量为1 100, 1 300, 1 500,1 700 MPa 时，基层最大水平拉应力分别为0.104,0.120,0.135,0.150 MPa.由图4可知，选择基层厚度为18,24, 30,36cm 时，底基层最大水平拉应力分别为0. 072, 0. 060,0. 050,0. 039 MPa ；选择基层弹性模量为1 100,1 300,1 500,1 700 MPa 时,底基层最大水平拉应力 分别为 0. 052, 0. 050, 0. 048, 0. 046MPa.说明底基层水平最大拉应力随基层厚度以及弹性模量增加而减少.4.3竖向应力车辆荷载作用在路面上，会在沥青面层产生瞬时压应力，导致各结构层压密变形，当路面结构应力不大,但是进一步分析可得,4 cm 上面层层 底竖向压应力为0. 729 MPa,9 cm 中面层层底竖 向压应力为0. 324 MPa,因此路面设计时,面层不宜过薄.如果面层过薄，高温天气沥青路面结构层 会在车轮荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移，形成失稳型车辙.由于选取的典型路面结构面层较厚，基层与底基层竖向压应力较小，分布规律与面层底部类似，压应力均集中于轮迹四周，故基 层与底基层结构层层底压应力不再赘述.4.4剪切应力从新疆高速历年路面病害调查数据可得推移、拥包、车辙病害多发，此类病害大多由于路面结构层中出现较大剪切应力.特别是夏季高温天气,沥青材料黏稠度降低，很小的剪切应力，就能导致路面发生损坏.新疆地区夏季气候极度干燥 且酷热，研究路面结构剪切应力分布很有必要.本文对路面结构层各向剪切应力进行比较分析，各结构层层底g 均大于r 严，且基层、底基层基本不 受剪切应力影响，数值较小,面层底部基层顶部的剪切应力最大，最大剪应力结果见表2.由表2可知,基层厚度变化情况下，面层层底 最大剪切应力变化明显;基层模量变化时,剪切应力基本保持不变.剪切应力对基层厚度变化更为•582•武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2020年第44卷表2路面结构层最大剪应力材料参数发生位置最大剪切应力/MPa18cm0.056024cm0.0458基层厚度变化面层底部30cm0.034136cm0.02851100MPa0.03541300MPa0.0341基层模量变化面层底部1500MPa0.03571700MPa0.0357敏感，18cm基层厚度时最大剪切应力是36cm时的2倍.因此，适当增加基层厚度，可以减少路面的剪切破坏.4.5路面结构疲劳寿命分析半刚性基层材料的抗拉强度较低，在车辆荷载反复作用下，层底容易发生开裂，发生结构破坏•现行规范选择基层或底基层拉应力（变）作为控制应力（变），与室内简支小梁弯拉试验或圆柱体间接拉伸试验测得的极限弯拉应力比较，运用疲劳性能方程，预估路面结构出现疲劳破坏时所能承受的重复应力作用次数•水泥稳定类材料的疲劳性能模型为lg Nf=12.409—12.570（护）（1）式中：6为反复弯拉应力，MPa；Rs为弯拉强度，MPa,根据室内试验数据取0.5MPa.本文选择基层底部拉应力作为控制应力，并采用4.2中不同基层厚度与模量对应下的最大水平拉应力值,通过上述预估模型计算各路面结构疲劳寿命.结果见表3〜4.表3不同基层厚度下路面结构疲劳寿命基层厚度/cm 基层弹性模量/MPacrt/MPa Ks/MPa疲劳寿命1813000.1590.5 2.58X1082413000.1310.5 1.31X1093013000.1200.5 2.47X1093613000.1260.5 1.74X109表4不同基层弹性模量下路面结构疲劳寿命基层弹性模量/基层厚度/fft/Rs/疲劳寿命MPa cm MPa MPa1100300.1040.5 6.23X1091300300.1200.5 2.47X1091500300.1350.5 1.04X1091700300.1500.5 4.35X10*通过表3〜4可知，在基层厚度达到30cm之前，路面结构疲劳寿命随基层厚度增加呈现大幅增长,30cm基层厚度的疲劳寿命是18cm时的9.6倍,继续增加基层厚度至36cm,疲劳寿命反而下降30%.由于基层材料微结构的局部不均匀，诱发应力集中而出现损伤，此类损伤会降低基层材料的强度及刚度.路面典型结构下的基层弹性模量为1300MPa,假设基层出现损伤，弹性模量下降为1100MPa,此时路面结构疲劳寿命为6.23X109,较基层弹性模量为1300MPa时增加T2.6倍.为了进一步研究基层弹性模量对于疲劳寿命的影响，增加基层弹性模量至1500,1700 MPa对应疲劳寿命较路面典型结构时分别下降57.9%.82.4%.基层弹性模量减少时，基层材料应力释放,弯拉应力降低，路面疲劳寿命增加•但基层弹性模量过低，路面结构承受荷载时基层与底基层产生较大塑性变形，底基层拉应力相应增加,底基层疲劳寿命下降，一旦超过底基层极限拉应力，就会出底基层裂缝，进而影响路面长期使用性能.5结论1）路面弯沉值随基层层厚以及弹性模量的增加而不断减小，最大弯沉均位于轮胎与路面接触面中心位置，基层厚度的改变对路面弯沉值分布波动性影响更大•在充分考虑工程造价条件下，选择较厚的基层厚度可以有效提高路面承载力.2）基层层底水平拉应力随基层弹性模量的增加而增加,底基层层底水平拉应力随基层弹性模量的增加而减小.底基层水平拉应力随基层厚度增加而减少，但基层水平拉应力不同，在路面典型结构基层厚度下，基层层底水平拉应力最大，继续增加基层厚度，基层层底水平拉应力先下降后增加•考虑到半刚性基层材料的抗拉强度远低于抗压强度,容易受拉破坏•为了保证路面良好长期使用性能，进行路面设计时应选择在合理范围内增加基层厚度，防止基层与底基层所受水平拉应力过大，过早出现基底裂缝.3）考虑车辆超载作用下，路面结构面层底部竖向压应力最大，当基层厚度与弹性模量梯度变化时，最大压应力相近•新疆地区夏季气候极度干燥且酷热,沥青材料粘稠度降低,沥青路面承受较大竖向压应力时，可能导致内部材料流动,产生横向位移，形成车辙病害.4）基层厚度变化情况下，面层层底最大剪切应力变化明显;基层模量变化时，剪切应力基本保持不变•因此适当增加厚度，也可以减少路面结构的剪切破坏.5）通过疲劳寿命分析可得，在考虑超载作用第3期王刚，等:超载下半刚性基层沥青路面结构有限元分析•583•下,典型路面结构设计不尽合理，可承受轴载仅为2.58X108次•为了保证道路使用的耐久性，应适当增加基层厚度及选择合理的基层弹性模量.参考文献［1］肖川.典型沥青路面动力行为及其结构组合优化研究［D］.成都:西南交通大学,2014.［2］张菁.精心规划：实现新疆综合交通协调发展-新疆维吾尔自治区发展计划委员会主任刘晏良先生访谈录口］.综合运输,2004(1):12-16.［3］袁小平，刘红岩,王志乔.基于Drucker-Prager准则的岩石弹塑性损伤本构模型研究［J］.岩土力学，2012, 33(4):148-153.［4］张安付.弹性约束边界条件下耦合结构振动特性研究［D］.西安：西北工业大学,2015.［5］曹加府，方金珠.水泥稳定碎石底基层施工过程中离析现象的探讨［J1公路,2008(2):174-176.［6］李霖，闫瑾.超载下倒装式沥青路面结构有限元分析［J］.公路交通科技,2015,32(8):25-2&［7］仲文亮，吕松涛.不同龄期对水稳基层强度与模量及其内在联系的影响研究［J］.中外公路,2014,34(1)：282-285.M李海滨.基于半刚性基层适应性的沥青路面结构研究［D］.西安：长安大学,2010.［9］许小鹏.骨架密实结构水稳基层施工组织与质量控制技术研究［D］.西安：长安大学,2009.口0］张晓华.超载作用下半刚性基层沥青路面三维有限元分析口］.公路交通科技(应用技术版),2007(8):105-107.Finite Element Analysis of Asphalt PavementStructure with Semi-rigid Base Under OverloadWANG Gang15ZHANG Yinbo2){Pacific Construction Group Limited,Urumqi8300009China)^(.Xinjiang Communications Construction Group Co.Ltd・,Urumqi830000,China)2^Abstract:In this paper,the three-dimensional finite element model of the road wasestablished by AN-SYS finite element software.Considering the change of thickness and modulus of elasticity of semi­rigid base under certain gradient,the mechanical response of the bottom of each layer of road structure was analyzed,and the service1辻e of pavement under different pavement structures was predicted・The results show that the tensile stress or strain at the bottom of the structural layer is directly related to the fatigue life of the pavement structure.Considering the overload of vehicles?the fatigue life of typi­cal pavement structures in the study area is relatively short・In order to ensure the long-term perform­ance of the pavement,we should choose to increase the thickness of the base in a reasonable range to prevent the excessive horizontal tension stress of the base and the base from premature occurrence of base cracks・Key words：overload；semi-rigid asphalt pavement；pavement structure form；finite element analysis；fatigue life。

沥青路面结构组成（详细解读）一、组织结构（一）基本结构1．城镇沥青路面结构由面层、基层和路基（水泥路面多垫层）组成，层间结合必须紧密稳定，以保证结构的整体性和应力传递的连续性。

大部分道路结构组成是多层次的，但层数不宜过多。

2．行车载荷和自然因素对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱；对路面材料的强度、刚度和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。

各结构层的材料回弹模量应自上而下递减，基层材料与面层材料的回弹模量比应≥0.3；土基与基层（或底基层）的回弹模量比宜为0.08～0.4。

3．按使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同，在路基顶面采用不同规格和要求的材料分别铺设基层和面层等结构层。

4．面层、基层的结构类型及厚度应与交通量相适应。

交通量大、轴载重时，应采用高等级面层与强度较高的结合料稳定类材料基层。

5．基层的结构类型可分为柔性基层、半刚性基层；在半刚性基层上铺筑面层时，城市主干路、快速路应适当加厚面层或（+土工布）采取其他措施以减轻反射裂缝。

（判定刚性非刚性的指标：弯沉值）柔性基层：带沥青的、级配形式的——弯沉大，主控项目测弯沉半刚性基层：水泥、石灰稳定形式的——弯沉大，主控项目测弯沉刚性基层：水泥混凝土、钢筋混凝土——弯沉很小，主控项目不测弯沉（二）路基与填料1．路基分类从材料上，路基可分为土方路基、石方路基、特殊土路基。

路基断面形式有：路堤——路基顶面高于原地面的填方路基；路堑——全部由地面开挖出的路基（又分全路堑、半路堑、半山峒三种形式）；半填、半挖——横断面一侧为挖方，另一侧为填方的路基。

土方路基 石方路基特殊土路基(湿陷性腹胀土冻土等)半填半挖2．路基填料高液限黏土、高液限粉土及含有机质细粒土，不适用做路基填料。

因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。

地下水位高时，宜提高路基顶面标高。

在设计标高受限制，未能达到中湿状态的路基临界高度时，应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细粒土做路基填料。

旧水泥路面沥青加铺层厚度及模量有限元分析摘要：旧水泥混凝土路面上罩沥青加铺层是一种较为常见的路面改造方式，通常的做法是在加铺层下面设置应力吸收层。

为了减少反射裂缝的发生，采用ANSYS软件对不同层厚的加铺层以及不同弹性模量的应力吸收层进行三维有限元分析，通过不同路面结构的加铺层底主应力、剪应力、拉应力以及弯沉的对比分析，确定合理的加铺层厚度以及应力吸收层模量。

分析结果表明，应力吸收层的弹性模量宜为4～6GPa，沥青加铺层厚度宜为5～10cm。

关键词：沥青罩面应力有限元应力吸收层0.背景：旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层，是目前我国旧路改造的主要形式之一。

由于旧水泥混凝土路面存在着大量接缝和裂缝，当行车荷载经过裂缝区域时，裂缝两侧的水泥板变形不连续，从而对裂缝上方的沥青加铺层造成拉伸剪切变形。

在车辆的反复作用下，加铺层底面由于存在较大的应力反复作用，最终造成自下而上的裂缝。

总结国内、外对旧水泥路面的改造的经验。

对旧水泥路面的改造大概分为三部分：对加铺层的改进：加强加铺层材料、增加加铺层的厚度；设置应力吸收层：应力吸收层的材料有级配碎石层、土工布、土工格栅、钢丝网、沥青级配碎石、橡胶沥青层；对旧路面的改造：对旧水泥路面进行破裂稳固。

本文假定旧水泥路面承载能力良好，研究沥青类材料的应力吸收层模量变化以及沥青加铺层厚度变化对接缝区路面结构参数的影响。

1.路面结构及各层计算参数选取本文有限元计算研究分析对象为河南省某省道试验路段，试验路结构布置如及计算参数选取如表1所示：表1 各层材料计算参数序号结构层材料厚度（cm）弹性模量（MPa）泊松比μ2 应力吸收层 0.5 2000～8000 0.253 旧水泥混凝土面板 23 28000 0.154 石灰土 30 350～450 0.305 土基 / 45 0.352.有限元模型本文分析采用Ansys程序中8结点等参单元实体建模，层间不同接触条件用正交各向异性8结点等参单元模拟，本文假设层间接触条件为连续。

路面结构荷载应力有限元分析研究纳米CaCO3和橡胶粉复合改性沥青具有优越的高温性能和抗车辙能力，因此可将其作为沥青路面材料，本论文就对比用普通沥青、橡胶沥青、纳米CaCO3和橡胶粉复合改性沥青三中路面材料各自铺筑的路面结构在相同荷载作用下的应力应变响应。

1 有限元法和ABAQUS简介ABAQUS是功能强大的有限元软件，具有十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混凝土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等．可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大复杂的模型，处理高度非线性问题ABAQUS有限元分析包括前处理、分析计算和后处理[1]三个步骤．在前处理阶段需要定义物理问题的模型，生成一个ABAQUS输人文件，ABAQUS／CAE是完整的ABAQUS运行环境，可生成ABAQUS模型、交互式提交和监控分析作业，并显示分析结果．在分析计算阶段，使用ABAQUS／standard（Explicit）求解输入文件中所定义的数值模型，通常以后台方式运行，分析结果保存在二进制文件中，以便于后处理．ABAQUS／CAE的后处理部分可用来读入分析结果数据，以多种方法显示分析结果，包括彩色云纹图、动画、变形图和XY曲线图等。

2 车轮对路面作用的荷载及其简化模型车轮荷载是使路面产生应力、应变和位移的外力，是促使路面破坏的主要原因之一。

车轮荷载的作用方向和其大小随着汽车在路面上运动状态而变化。

在设计中，当汽车停驻在路面时，一般只考虑汽车后轴的轮重；当汽车行驶时候，除后轮对路面的垂直重量力外还应该考虑车轮和路面之间的水平切向力；当汽车行驶在横向超高较大路段时候还应考虑其水平力。

由于受程序所限，本论文只对在垂直荷载作用下的沥青路面结构应力进行分析，沥青路面结构分析的荷载模型简化如下：轮胎和路面接触面实际应近似椭圆形，在实际工程设计中以圆形接触面积来表示。