移动荷载作用下沥青路面的动力响应分析

沥青路面力学响应分析及其研究方法综述发布时间：2022-07-11T02:28:48.391Z 来源：《工程管理前沿》2022年5期3月作者：黄勇维[导读] 沥青路面具有比较复杂的力学特性，为了研究沥青路面的破坏机理以及路面应力应变变化规律，黄勇维重庆交通大学土木工程学院重庆 400074摘要：沥青路面具有比较复杂的力学特性，为了研究沥青路面的破坏机理以及路面应力应变变化规律，本文系统阐述了荷载、温度、路面结构类型以及层间接触状态对沥青路面结构力学的响应机理。

并且鉴于以往对路面进行力学研究不能够准确、真实、细致的反映其力学行为的问题，本文简述了对沥青路面细观力学行为的研究，使沥青路面力学的研究能够宏、细观相结合。

研究发现，细观力学分析能对内部材料变化进行量化处理，全面分析沥青路面力学响应，对改善路面性能有重要意义。

关键词：路面力学响应；荷载；温度；层间接触状态；细观力学研究0 引言我国沥青路面损坏影响因素主要有材料、荷载和温度。

因此，解决沥青路面这些问题，就要从因素出发，有必要对沥青路面力学响应因素进行分析研究。

沥青路面长期处于不同的自然环境中，并非单一不利因素影响沥青路面，在恶劣的气候条件和车辆荷载共同作用下，沥青路面材料内部逐步发生变化，路面出现宏观的损坏现象。

以往对路面进行力学研究，通常将沥青路面通过假设条件进行了不同程度的简化，与实际情况存在差别，不能够准确、真实、细致的反映其力学行为，因此，有必要对沥青路面细观力学行为进行研究，达到宏、细观相结合的目的，全面分析沥青路面力学响应，对改善路面性能有重要意义。

1沥青路面力学响应分析综述沥青路面是多层路面结构，具有比较复杂的力学特性。

国内外大量研究表明，对沥青路面力学响应有显著影响的因素主要有荷载、温度、路面结构类型和层间接触状态等。

研究不同因素影响下的路面力学响应，可以为更科学合理的路面设计方案提供必要的参考。

1.1荷载在沥青路面的力学性能分析时，通常把轮胎与路面的接触面作为路面受力分析的影响区域。

动、静荷载下不同沥青路面结构力学响应分析作者：何基雷罗资清傅松来源：《西部交通科技》2024年第03期作者简介：何基雷（1988—），工程师，主要从事道路工程、路面养护方面的研究工作。

为探究动、静荷载下沥青路面结构的应力响应，获取不同影响因素对路面的实际作用效果，文章利用ABAQUS软件构建了沥青路面结构应力响应模型，分析荷载形式、车辆轴载、行驶速度等因素对力学响应的影响。

研究表明：路面结构的应力应变与车辆轴载存在着一定的线性关系；相较于静荷载，动荷载在相同轴载下所产生的应力应变值较低，且存在最佳行驶速度使荷载对路面产生的力学响应最小。

由此证明，在道路使用时，控制车辆的行驶速度及车辆超载可减缓路面纵向位移及路表弯沉的产生，延长道路的使用寿命。

沥青路面结构；移动荷载；力学响应；使用寿命；应力应变U416.217A1906850引言随着我国机动车保有量及道路交通量的逐年上升，道路重载及超载现象的持续增长，使得已建道路在使用过程中暴露出使用寿命不足［1-2］，裂缝、坑槽、松散、剥落、车辙等病害出现频率较高的现象。

道路养护时运营成本增加，而且还影响了交通事业的发展［3］。

因此，为更好地了解路面结构在不同因素下的力学响应，需探究不同影响因素对路面的力学响应。

国内外专家学者针对沥青路面的应力响应从多方面展开了研究。

Assogba、Hu、李江等［4-6］通过建立三维有限元模型，研究了车辆速度、车辆超载对沥青路面的影响，证明较低车速会引起结构受载时间增加，扩大了载荷的冲击效应。

严战友、Ogoubi等［7-12］通过建立车辆模型和有限元道路模型，证明路面结构的动态应变应力峰值受分析点位、行車速度、沥青层厚度、车轴荷载、制动工况和道路粗糙度等因素的影响。

Liu［13］通过提出了一种将全尺度加速路面试验（accelerated pavement test，APT）、室内试验和有限元（finite element，FE）模拟相结合的方法，分析了车轮范围、温度及轴重对于沥青路面的动态响应。

道桥建设2018年第13期121道路沥青路面须经受复杂多变的天气和作用力大且施加密集的车辆荷载反复作用。

过车之后容易出现路面品质逐年下滑从而显著降低道路使用寿命，而且造成资源浪费，不利于居民出行以及货物的中转运输，不能充分发挥道路功能。

研究在不同因素影响下的路面结构力学响应，有助于理解并掌握路面破坏机理，采取更加科学合理的应对措施，延长道路使用寿命。

基于此，文章系统阐述了荷载和气候因素对路面力学响应的影响，为公路养护部门和相关学者提供必要的参考。

1　荷载对路面力学响应的影响车辆荷载是路面需要承受的主要荷载，与道路的使用寿命直接相关。

研究车辆荷载对路面结构力学响应的影响，对了解路面破坏机理具有重要意义。

胡小弟等将荷载与路面之间的接触面近似为矩形，采用有限元计算程序ANSYS，分析x 及y 轴方向各为2.5m 范围内应力分布情况。

z 方向深度根据路面结构及所受车辆荷载的交通组成，并依据理论弯沉值进行调整。

计算结果表明，当车辆制动或启动时，所产生的水平力尤其是最大剪应力对路面结构具有较大影响，剪应力峰值作用位置不定，对柔性基层的影响比半刚性基层要明显，水平力作用下，面层层底的弯拉应力，尤其是y 方向引起横向裂缝的弯拉应力变化明显。

在上下坡等刹车频发地区路面容易破损，而曹卫锋对车辆动载作用下长大上坡沥青路面力学响应做了更加深入的研究。

利用大型有限元软件ABAQUS 建立车辆载荷作用下的长大上坡路段沥青路面结构的三维有限元模型，采用单侧双轮胎的加载方式，分析不同参数下的路面的力学响应。

理论计算表明：对于半刚性基层沥青路面，用沥青面层底部弯拉应变来评价其使用寿命是不合理的；较大的面层底部剪应变容易破坏面层与基层之间的粘结层，一旦粘结层破坏后，使面层结构的连接状态变为滑动状态，增加面层流动性，增加车辙发生的可能性。

因此，增强面层与基层之间的粘结强度，是抵制剪切破坏，提高路面寿命的有力措施。

2　气候对路面力学响应的影响2.1　温度对沥青路面结构动力响应的影响沥青面层材料是一种典型的温度敏感性材料，其力学特性和使用性能随温度的变化而显著变化。

典型半刚性沥青路面结构车辆荷载动力响应指标分析与应用摘要：沥青路面结构使用寿命不足是目前中国沥青路面在运营使用过程中存在的普遍现象，现有的沥青路面结构设计体系无法有效地反映实际交通荷载下路面结构力学行为是其重要原因之一。

目前我国的的沥青路面设计方法中，把车辆荷载视为静荷载或者近似等效静荷载，路面结构是为弹性体系结构。

随着高速公路建设的发展，高速公路运输实现高速重载化。

车辆运行速度越高，车辆震动越大，车辆对路面的振动冲击荷载越大。

运载重量越大，路面承受荷载越高，尤其是在夏天高温状态下，沥青路面表现出严重的黏弹性。

路面设计中仍使用静载模式已不能反应路面的实际受力状况，无法解释动态荷载作用下路面结构产生的各种现象。

因此，对于研究重型车辆作用下沥青路面承受的动荷载及路面结构产生的各种动力响应，具有一定的现实意义。

下面本文仅提出自己在沥青路面结构设计的一点建议，以供参考。

关键词：典型半刚性沥青路面荷载动力响应分析与应用Abstract: the asphalt pavement structure service life is China’s lack of asphalt pavement use in operation of the existence of the common phenomenon, the existing the asphalt pavement structure design system can’t effectively reflect actual traffic load pavement structure mechanics behavior is under the important reasons. At present our country of the asphalt pavement design method, the vehicle load as static load equivalent or similar to the static load, pavement structure is for elastic system structure. Along with the development of the highway construction, highway transportation ChongZaiHua realize high speed. The running speed of the vehicle, the higher the vehicle vibration, the road vehicle vibration impact load is bigger. Carry weight, the greater the pavement bear loads is high, especially in summer high temperature condition, the asphalt pavement show serious sticky elastic. Pavement design still use static load model has not reflect the actual stress condition, can not explain the dynamic load pavement structure to produce a variety of phenomena. So, for the heavy vehicles under the action of the asphalt pavement under dynamic loading and road surface structure to produce a variety of dynamic response, has some of the realistic significance. This paper put forward the only in the asphalt pavement structure design to a bit of advice for your reference.Keywords: typical semi-rigid asphalt road surface load dynamic response analysis and application常用沥青路面设计方法介绍路面的结构由路基、垫层、基层和面层组成。

FWD荷载作用下沥青路面动力响应有限元分析论文
本文旨在探讨FWD（falling weight deflectometer）荷载作用下
沥青路面的动力响应情况，通过有限元分析的方式，分析其结构响应特性以及受力行为。

利用实验数据优化有限元模型，并将其应用于汽车对沥青路面进行路面质量评定。

针对FWD荷载作用下沥青路面，开展有限元分析。

根据有限
元理论，建立一个均匀的有限元模型，并运用经典的梁单元进行模拟，如Young-Von Karman模型。

同时，根据实验数据，
优化模型，使其最大程度反映真实情况。

此外，考虑地面材料的拉伸模量、剪切模量和泊松比，以及基础土的应力应变。

最后，基于不同的FWD荷载作用，计算路面的响应力，以及每
一段路面的形变，其中包括剪切变形、水平和纵向变形等。

结果表明，FWD荷载作用下沥青路面的动力响应随荷载的增
大而增大，荷载强度与响应之间呈线性关系，最终得出路面承载能力的最佳估计值。

此外，FWD荷载作用下沥青路面的形
变情况也随着荷载的增大而增大，且与不同部位的位移及形变有关。

经过有限元分析的研究，我们不仅可以更好地了解沥青路面的动力响应行为，而且还可以将最优预测值应用于汽车对路面进行质量评估中。

然而，路面在实际情况下还存在一些复杂情况，也需要进一步的研究和实验支持，更好地预测路面的响应性能。

总而言之，本文通过有限元分析的方式，研究FWD荷载作用
下沥青路面的动力响应现象，并优化有限元模型，更好地预测沥青路面的响应性能。

移动荷载作用下路面结构的动力响应移动荷载作用下路面结构的动力响应摘要现实情况中车辆总是以一定速度行驶在路面上的，因此研究沥青路面在车辆移动荷载作用下的动态响应是掌握路面结构行为的必要条件。

建立刚性基层沥青路面的三维有限元模型，分析移动荷载作用下路面结构的动力响应。

分析得出了荷载正下方不同深度处节点竖向剪应力he各结构层底弯拉应力的时间历程曲线。

结果表明，在移动荷载作用下，路面结构的动力响应具有明显的波动性质，与静荷载作用有明显区别。

绪论目前国内现有的道路设计方法通常将车辆荷载简化为双圆均布荷载静荷载，以双轮单轴BZZ-100(100kN)为标准轴载，以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标，对沥青混凝土面层和基层、底基层进行层底弯拉应力的验算[1]，经过大量的使用实验证明，现有规范设计模型具有很大的局限性。

这是因为现实中车辆都是以一定的速度行驶在路面上，属于是移动荷载，路面结构在移动荷载作用下的力学响应与静力响应明显不同。

因此研究移动荷载作用下路面结构的动力响应更具有实际意义。

大量国内外学者对弹性层状体系在动荷载作用下的力学响应作了理论研究。

Siddharthan[2][3]结合弹性力学原理，建立层状体系动力学模型，研究了材料粘弹性对路面结构动力响应的影响。

Lv[4]采用Green函数、Laplace 积分变换和Fourier变换等方法求解出Kevlin地基上的无限大板在移动荷载作用下动态响应的数值求解。

钟阳、孙林[5]等利用Laplace-Hankel联合积分变换和传递矩阵相结合的方法推导出了轴对称半空间层状弹性体系动态反应的理论解，为进行路面结构的动态反应分析和路面材料参数的动态反算提供了一种行之有效的方法。

董泽蛟、曹丽萍[6]等采用ADINA建立了移动荷载作用下多层线弹性的三维沥青路面有限元分析模型，模拟分析了移动荷载作用下路面结构的三向应变动力响应。

鉴于理论解都涉及到较复杂的积分变换和无穷积分，最终只能采用数值方法求解。