第十章路面结构力学分析

ANSY S沥青混凝土路面结构力学分析时小梅(兰州交通大学土木工程系,　甘肃　兰州　730070) 【摘　要】　通过运用ANSY S软件对路面结构进行了数值模拟,在标准轴载作用下,分析了模量参数对路面结构应力及位移的影响。

通过分析得出,提高基层模量可以减小最大位移,减小最大应力,有较大的经济效益,但也应考虑基层的抗拉性能。

所以基层模量应该在一定的范围内取值。

【关键词】　路面结构;面层模量;基层模量;应力;位移【中图分类号】　T U312 【文献标识码】　B【文章编号】　1001-6864(2009)08-0066-02 ASPHA LT CONCRETE PAVEMENT STRUCTUA L MECHANICS ANA LYSIS BASE D ON ANSYSSHI X iao2mei,　Y ANG Y ou2hai(School of Civil Engineering,Lanzhou Jiaotong University,G ansu Lanzhou730070,China) Abstract:This paper about surface structure of the numerical simulation based on ANSY S,under stan2 dard axle load,analysis the m odulus of the structure parameters on the surface stress and the effects of deflec2 tion1Through the analysis to im prove the grass2roots level can be reduced m odulus deflection,reducing the maximum stress,greater economic efficiency,but should als o consider the tensile properties of the grass2roots level1K ey w ords:pavement structural;surface m odulus;grass2roots m odulus;stress;displacement0　引言随着国民经济的持续快速发展及科学技术进步,高等级沥青混凝土路面得到越来越广泛的应用。

贫混凝土基层沥青路面结构力学分析乔琳;曹花丽;江磊【摘要】On the situation of pavement structure parameters were all invariable,this paper analyzed the pavement structure stress based on BISAR3.0,calculated the stress of different interaction sites under double rounds uniform vertical load,gained the distribution rule of shear stress and normal stress in different sites along pavement depth direction,and researched the weak parts of surface layer and base layer.%在路面结构参数均不变的情况下,基于BISAR3.0程序对路面结构应力进行分析,对双圆均布竖向荷载不同作用点位的应力进行了计算,得出不同点位沿路面深度方向的剪应力和正应力的分布规律,并研究出了面层与基层的薄弱部位。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)032【总页数】2页(P172-173)【关键词】贫混凝土基层沥青路面;剪应力;正应力;结构【作者】乔琳;曹花丽;江磊【作者单位】烟台大学土木工程学院,山东烟台264005;烟台大学土木工程学院,山东烟台264005;烟台大学土木工程学院,山东烟台264005【正文语种】中文【中图分类】U416.217目前对贫混凝土基层沥青路面的研究主要是针对于高速公路等高等级路面，而对普通路面的研究较少。

本文主要研究针对于二级公路的贫混凝土基层沥青路面。

沥青路面力学性质属于非线性的粘—弹—塑性体。

城市道路沥青路面结构力学分析摘要：本文结合具体工程实例对SEAM沥青混凝土的生产和施工工艺进行了研究，发现SEAM沥青混合料对生产和施工有一些特殊要求，主要因为硫磺降低沥青粘度而带来的工艺上温度和压实功率方面的变化，本文据此对SEAM沥青混合料的生产、施工工艺进行了有效的调整并总结整理使之规范化。

研究还发现SEAM应用工艺上的特殊性连同硫磺能够替代沥青这一性能一起造就了SEAM沥青混合料的优越的经济性能，使得SEAM沥青混合料经济成本甚至有可能低于普通沥青混合料。

而节省沥青带来的能源和环境效应将使整个社会受益。

关键词：SEAM；沥青混凝土；改性；硫磺引言沥青路面因其良好的平整度、行车舒适性和施工方便性等优点，在城市道路中得到了广泛的应用。

然而，随着交通量的增加和车辆荷载的增大，沥青路面的损坏问题也日益严重，如裂缝、车辙、坑槽等，这些问题不仅影响了道路的通行能力，还增加了养护成本。

力学分析是路面设计的重要基础，通过对路面结构在车辆荷载和环境因素作用下的应力、应变和位移进行深入研究，可以了解路面的受力情况和变形规律，为路面的合理设计和优化提供科学依据。

同时，力学分析还可以帮助预测路面的使用寿命和破坏形式，为路面的养护和维修提供指导。

1 SEAM沥青混合料的应用1.1SEAM沥青混合料的适用范围SEAM沥青混合料适用于各种沥青面层构造，但是根据SEAM沥青混合料弹性模量高、强度高、抗剪切能及高温稳定性好的特点，它更适用于以下道路结构中：（1）高速公路的中底面层；（2）干线公路的面层结构；（3）道路爬坡、转弯段及平交路口等瞬问荷载大的沥青路面；（4）柔性基层。

以上路段往往交通量大或这重载车多、轴载重，且车辆停止启动频繁，使用普通沥青混合料难以满足要求，可以优先考虑使用SEAM沥青混合料。

1.2SEAM沥青混合料的施工所选试验路段全长800米，是一条四车道高速公路，设计使用年限为20年，设计时速为120千米 /小时。

半刚性基层沥青路面结构力学分析王鑫【摘要】基于半刚性沥青路面经常出现的裂缝病害,研究不同结构组合下半刚性沥青路面的沥青层拉应变,对控制沥青路面常出现的裂缝病害提供一些理论建议.采用ANSYS有限元分析软件对双圆均布荷载荷载作用下的半刚性沥青路面结构进行三维仿真模拟,经过分析得到结论如下:基层厚度在20cm~30cm之间变化时,基层厚度每增加5cm,沥青层最大拉应变减小7.73%;基于经济型考虑,建议基层厚度取30cm.【期刊名称】《交通世界（建养机械）》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P125-126,77)【关键词】道路工程;半刚性沥青路面;有限元分析;结构设计【作者】王鑫【作者单位】河北省公路工程质量安全监督站,河北石家庄050051【正文语种】中文【中图分类】U416.217自改革开放以来，我国高速公路建设成就有目共睹。

半刚性沥青路面结构是我国高速公路主要路面结构，占据高速公路沥青路面的90％以上。

半刚性沥青路面结构相对于其他沥青路面结构来说，路面结构强度高、刚度强且造价低。

然而，半刚性沥青路面在使用过程中，经常出现裂缝等病害，对我国高速公路建设非常不利。

因此，本文从半刚性沥青路面常出现的裂缝病害进行研究，分析研究不同结构组合下半刚性沥青路面结构的力学响应，为我国半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。

为了减少造价，半刚性基层通常分为两层设计，基层采用水泥稳定碎石，底基层采用水泥稳定砂砾等。

我国高速公路常采用的沥青路面结构为：16～24cm沥青层+20～40cm半刚性基层+15～35cm半刚性底基层+ 15cm垫层。

综合目前情况，本文研究的半刚性沥青路面结构及其参数如表1所示。

本文根据上述建模参数，利用ANSYS有限元软件对半刚性沥青路面结构建立三维有限元模型。

其中，Z轴方向为路面深度方向，Y轴方向为行车方向，X轴方向为路面横向，并对路基底部使用全约束的边界条件，其他四个截面分别约束其法向位移；施加的荷载为双圆均布荷载，具体如图1所示。

水泥混凝土路面力学性能研究综述摘要:水泥混凝土路面的力学性能分析是路面结构设计的基本依据.系统地介绍了水泥混凝土路面结构的弹性地基板、弹性层状体系等各种力学模型,分析了各种力学模型的优缺点,并给出了其解算方法的发展历程.在此基础上,展望了路面力学性能研究的发展趋势.建立水泥混凝土路面结构在荷载和环境因素作用下,力学响应的定量模型,是路面结构设计理论的基本依据[1].近代发展的弹性地基板理论,采用板体理论的简化模型,解算路面的应力、位移并验算其路面结构的强度,已广泛应用到各国路面结构设计中.由于计算机计算能力的不断提高,以及弹性力学和数值计算方面的发展,弹性多层体系、层状体系地基上板的解算已逐步完善及混凝土的强度理论进一步发展,利用计算机模拟路面对静动态荷载的响应,并用优化算法对路面的结构可靠度和经济性进行分析,已成为各国路面设计的发展趋势.作者介绍了路面结构的弹性地基板、弹性层状体系的力学模型,分析各种力学模型的优缺点,并给出了其解算方法的发展历程以及近年的发展动向,在此基础上,展望了路面力学研究的发展趋势.1 弹性地基板的力学模型弹性地基板理论[8]把刚度大的水泥混凝土面层看作是支承于弹性地基上的小挠度弹性板.水泥混凝土路面层的厚度不到其平面尺寸的十分之一,且混凝土是脆性的,面板的挠度远小于其厚度,因此其完全符合薄板小挠度理论.对于面板通常作了如下的假设:1)板为具有弹性常数E(弹性模量)和(泊松比)的等厚度弹性体;2)作用于板上的荷载,其施压面的最小边长或直径大于板厚时,利用薄板弯曲理论进行计算分析,忽略竖向压缩应变和剪应变的影响;当施压面尺寸小于板厚时,需采用厚板理论计算,或依据厚板理论对薄板理论的计算结果进行修正.3)弹性地基仅在接触面对板作用有竖向反力,即地基和板之间无摩阻力.在荷载作用下,板同地基的接触保持完全连续,板的挠度即为地基顶面的挠度.水泥混凝土面层下的各结构层看作为单层的均质弹性地基.按地基假设的不同分为温克勒(Winkler)地基、弹性半空间地基、巴斯特纳克(Pasternak)地基.1.1温克勒地基板1867年,温克勒提出了温克勒地基假设,即地基每单位面积上所受的压力与地基沉陷成正比.20世纪20年代,威斯特卡德(Westergaard)首先采用温克勒地基板模型建立了荷载应力和温度翘曲应力的计算理论,他提出地基反力只有垂直力,与板的挠曲成正比.地基的反应力用下面公式表示:q(x,y)=kw(x,y),(1)式中:q地基顶面某一点的反力(MPa);k地基反应模量(MPa/cm);w竖向挠度(cm).温克勒地基把地基看作是由许多紧密排列而互不关联的线性弹簧组成,认为地基某一点的沉陷仅决定于作用在该点的压力,而和邻近的地基不发生任何关系.实际上地基由于土体或材料颗粒直接的横向联系,在横向是相互制约的,一部分受力,相邻部位也受到影响,发生沉陷.鉴于其缺点,人们进一步提出了符合弹性体基本假设的弹性均质半空间体.威氏方法和计算公式经过各国的修改补充,现在仍广泛地运用于很多国家的刚性路面设计的实践.虽然它低估了地基的侧向联系,却使计算结果略偏于安全.推导了基于有粘滞作用的温克勒地基模型的动态相应求解公式.1.2弹性均质半空间地基鉴于温克勒地基模型与实际地基之间存在较大差异,弹性均质半空间体地基假定地基为连续、均质、各向同性、完全弹性的半空间体.地基顶面任一点的挠度不仅同作用于该点的压力有关,也同地面其它点的压力有关.其力学特性也用弹性模量E0和泊松比0表示.1885年,布辛尼斯克计算出弹性均质半空间体在单个荷载作用下的应力和位移.由于可以运用布辛尼斯克公式[1]建立竖向位移值w和反力p与地基参数E0和0之间的关系式,从而可以使微分方程得到解答,但在数学和力学计算上较温克勒地基假设的板更为复杂.由于近代计算机的发展,使得复杂的数学计算得以迅速解决.Winkler地基模型和弹性均质半空间地基都与实际地基情况有出入,且测定这两类地基模型参数的试验条件与理论模型中两种地基的工作状况不同.因此参与这样的参数数值计算得到的理论挠度和应力值同实测值有出入,需要根据测定参数值对理论公式进行修正.1.3Pasternak地基板Winkler地基模型把地基看成横向无联系的独立弹簧体系,而弹性均质半空间模型则把地基看作是线性连续介质,前者低估了实际地基的横向联系,而后者夸大了实际地基的横向联系.1954年,前苏联的Pas ternak为了探求一种物理上接近而数学上简单的地基模型,提出了双参数地基模型,在Winkler地基模型的反应模量参数外,当G=0时,它便是Winkler地基模型;随着剪切模量的增大,它趋近与弹性半空间地基;当时,地基成为刚体.因而Pasternak地基可以起到调节地基的反应,使挠度和应力的理论计算结果同实际相符合的作用.2 弹性层状体系弹性地基板理论虽然广泛用于水泥混凝土路面的应力分析,但仍然存在着不足,主要是地基模型方面.除了直接铺在地基上的水泥混凝土路面之外,凡是设有基层的混凝土路面都应视作为弹性层状半空间地基的板体.按面层下的结构层次和材料性质采用层状地基模型[11-13],可以更加接近实际地基在面层板下的特性.弹性层状地基与半空间地基不一样,它在深度方向分成若干层次,最下层为向下无限深的半无限体,层次之间符合一定的连续条件.每一个层次有不同的弹性特征E(弹性模量)和(泊松比),符合弹性理论的基本假定,即连续、弹性、均质、各向同性.双层和3层弹性层状体系理论解首先由伯米斯特(Burmister)于1943~1945年间建立的,而后经过许多研究者的贡献发展到多层体系,并广泛应用到柔性路面结构分析.在重复荷载作用下,混凝土路面在半角接缝两侧由于基层的塑性变形产生脱空,最终导致面板破坏,随着道路测试手段的发展[14-16],利用落锤式弯沉所测量的数据反演路面结构层模量[17-20]、判定接触状况[21],从而建立精确的路面结构模型,进行路面结构的力学性能计算和模拟,评价路面服务性能,并利用实际检测的数据验证模型的可靠性和有效性[22-25].2.1双层弹性体系弹性双层体系是弹性层状体系中较为简单的一种,在理论上已获得完善和发展.双层体系包括具有一定厚度h的上层和一个向下无限深的半无限体的下层,上层的连续支承是下层,上下两层的弹性特征分别为E1、1和E2、 2.它的理论可以直接引用到双层路基路面体系的应力分析.在刚性路面设计中,采用弹性半空间体上无限大板的理论验算板中应力,对基层具备较高的弹性模量往往忽略不计,或稍微提高土基的模量,或采用土基和基层的综合当量模量,但是如何估算综合当量模量,则无完善的方法.对设有基层的混凝土路面,采用双层地基板的理论,则较为理想.求解双层弹性地基上无限大薄板小挠度问题时,有关薄板的基本假设,板与地基直接联系的附加假设仍适用.混凝土路面的基层如采用刚度大、板体性好的材料,而近似地当作弹性薄板处理的话,路面结果可模型化为弹性地基上由面层和基层组成的双层板.对旧式水泥混凝土路面进行改建时,往往需在旧水泥面层上加铺一次新的水泥层,层间可采用结合的或隔离滑动的,此时宜采用弹性地基上双层板的理论.2.3三层弹性体系和弹性多层体系由于实际路面结构往往是一个3层或多于3层的弹性体系,多层弹性体系根据实际的路面结构,把基层、垫层和路基在内的多层地基体系采用3层或多层弹性体系进行建模.在泊米斯特之后,英国的富克斯和阿克姆、法国学者乔弗洛、苏联学者柯岗等对双层、3层弹性体系应力和应变计算进行了研究.美国陆军工程师部队(CEO)最先开展水泥混凝土道面应用弹性多层体系理论研究,1979年分别提出了采用弹性多层体系基础刚性道面及军用道路刚性路面的结构设计方法,认为水泥混凝土路面和沥青路面采用同一个弹性多层体系理论,可方便于设计者使用.多层体系假设最下层为向下无限深的半无限体.多层弹性体系的缺点是它假设面层在水平方向伸展无限远,因而只能考虑板中受荷的情况.为了克服这一缺点,可选用多种道面结构和荷载,分别采用弹性地基板模型和弹性多层体系模型计算板边缘和板中的最大应力eg 和il,而后通过回归分析建立了弹性地基板模型和弹性多层体系模型之间良好的统计关系[8]:il=0.640.972eb.(2)从而将多层体系的板中应力转换成板边应力.3 水泥混凝土路面力学模型解算方法3.1解析法就力学模型而言,水泥混凝土路面属于弹性地基板三维连续体系.只有经过一系列简化假定和复杂的数学推演,才能建立以解析法为基础的应力分析方法.在求解微分方程和变形连续方程的解析解时,以轴对称弹性空间的一般解为基础,把平衡微分方程转换成为贝塞尔(Bessel)微分方程,利用汉克尔积分变换法,导出应力和位移分量的一般表达式[1].弹性地基板理论的研究虽已有百年历史,挠度和应力的解析解[1-2]却主要局限于无限大板的情况,Winkler地基上矩形板的解析解近年才出现.Wester gaard的板中、板边和板角应力计算公式,长期以来得到路面界的广泛采用,但其板边公式也仅在十几年前才得到确证,而板角公式至今尚无严密的论证.这种应力分析法无法反映许多工程结构中的实际问题,具有一定局限性.3.2数值计算法随着有限元分析方法和计算机技术的发展,各种复杂边界条件下的弹性地基板荷载应力和温度应力都可得到满意的数值解,为混凝土路面结构分析提供了强有力的工具.有限元用于路面应力分析始于20世纪60年代,Y.K.Cheung和O.C.Zienkiewicz提出了地基上板体的有限元分析法.W.R.Hudson,H.Matlock用离散单元法分析了温克勒地基上刚性路面板存在脱空情况下的应力.70年代初,S.R.Wang,M.Sargions,Y.K.Cheung用有限元位移法分析了混凝土路面板的应力和挠度,提出板的应力计算图.Y.H.Huang,S.T.Wang不仅提出了弹性地基假定下的有限元分析,而且对温度应力计算,板底有脱空现象,对称性的利用,带状矩阵的利用,两块板之间的连接等问题均做了深入的研究.黄仰贤与邓学钧合作完成的研究工作对板与板之间各种不同的荷载传递方式进行了深入分析,同时,通过简化方法或迭代方法,将有限元分析范围扩大到由若干块组成的多板系统.有限元分析方法已解决了有限大矩形块在任意位置荷载作用下,计算任意位置的应力和位移,具有传力功能的多板系统的应力、位移计算,地基不均匀支承和地基部分脱空等情况下的应力及位移计算[26].我国从70年代后期对有限元等数值方法用于水泥混凝土路面计算的研究进行了大量卓有成效的工作,并且将研究成果系统化,成为我国刚性路面设计规范的基础.80年代中期,许多学者采用三维有限元法对中厚板或厚板问题进行应力计算,对旧路(道路)进行加固,维修时存在的双层板之间有软弱夹层的情况,或者具有裂缝的情况进行分析.这些研究工作将刚性路面应力分析问题推向了一个新的阶段,研究成果都已先后反映在1984年、1994年和2002年的公路水泥混凝土路面设计规范![27-28]中.以实际实验为基础,将连续介质力学、损伤力学和计算力学相结合,在细观层次上建立数值模型[29-32],描述混凝土细观单元的本构关系及混凝土损伤与断裂的过程,进行试验研究和数值模拟,架起了细观层次结构与宏观力学特性的连接桥梁.但迄今为止,对混凝土的数值模拟仅限于少级配小尺寸试件的,多数文献都是注重对破坏过程的数值模拟,还不能代替部分实验.3总结与展望1)随着现代数学和力学的发展,以及快速大型计算机的应用,将建立愈来愈完善的力学模型,从而得到更接近于实际的理论解答,但无论是有限元解还是解析解,其解算同实测结果均有偏离,仍需要根据实测值作出必要的修正.2)利用FWD(落锤式弯沉测量仪)室内和野外的实测数据,可以建立解析解、有限元数值解同实测结果的关系,用反演法和各种数值方法算出地基模量值,可便捷地评价路面力学性能.3)在细观层次上建立数值模型,对混凝土进行试验研究和数值模拟,将连续介质力学、损伤力学与计算力学相结合,利用细观力学方法,架起混凝土微观结构与宏观力学特性的连接桥梁。

基金项目:山东省交通厅公路局课题烟威高速/水泥混凝土路面材料和结构研究0部分成果。

收稿日期:2010)10)08作者简介尚福鲁(6)),男,山东东平人,烟台大学土木工程学院在读研究生。

采用ATPB 基层的水泥混凝土路面结构力学分析尚福鲁,徐江萍,孙振伟(烟台大学土木工程学院,山东烟台264005)摘要:借助有限元软件AB AQUS ,分析水泥混凝土面层的厚度、基层的厚度、基层的模量等对路面应力的影响,得到相应的规律。

分析结果表明:面层厚度并不是越厚越有利,基层模量变化对基层和面层的应力影响显著。

关键词:水泥混凝土路面;结构分析;模量;排水基层中图分类号:P642.2;X142文献标识码:AAna l ysis of structure of ce m en t concr ete pave m en t w ith ATPBS HA NG F u -l u,XU J i ang-pi ng,SU N Zhen-wei(C i vil Engineeri ng Sc h o ol o f Y antai Univ ers ity ,Shan d o n g Y antai 264005Ch i na )Ab stract :W ith fi n ite ele men t sof t ware AB AQUS ,it considers i n fl uence of the th i ckness of ce m ent c on crete p ave m en,tthe t h i ckness of the flexi b ility base ,t h emodu lus of fle x i b ility base to the str ess a nd deflect i on and gi ves correspond i ng la ws .Th e resu lts sho w that notth icker p ave m ent was the b etter ,the i n fl u e n ce of basemodu lus to str ess and deflection were notab l e .K ey word s :ce ment concr ete pave me n;t str uct u r e analys i s ;modu le ;per meable base引言随着经济迅速的发展,我国的交通运输业也越来越繁忙,超载现象日益成为交通部门面临的一大难题。

路面结构的力学分析路面结构力学分析是指对路面结构进行力学研究，包括路面结构的受力分析、变形分析、稳定性分析等，以评估路面结构的耐久性、安全性和性能是否符合规范要求，为路面工程设计和施工提供科学依据。

静力分析是指在路面所受到的静态荷载作用下，通过解析或数值计算方法求解路面结构的内力、应力和变形。

其基本假设是路面是一个均匀连续的弹性体，其材料力学性质服从线弹性理论。

通过力学原理和边界条件，可以建立路面结构的受力方程，采用解析或数值方法求解。

静力分析可以确定路面结构的强度和稳定性，为路面结构的设计提供理论依据。

动力分析是指在路面所受到的动态荷载作用下，研究路面结构的振动特性和动态响应。

动力分析考虑路面结构的固有振动频率、模态形态、动态力学性能等，以预测路面结构的动态响应和疲劳性能。

动力分析通常采用有限元法或响应谱法，根据实际荷载作用和路面结构的频率特性进行动力计算，从而评估路面结构的抗震、抗风、舒适性等性能。

路面结构的变形分析是指研究路面所受到荷载作用下的变形情况，包括垂直变形、平面位移和横向变形等。

变形分析可以评估路面结构的变形性能和稳定性，为路面结构设计提供变形控制和稳定性评价的依据。

变形分析通常采用非线性有限元法，考虑路面材料的非线性弹性和破坏性能，以及荷载作用的时间依赖性，对路面结构的变形进行计算和分析。

路面结构的稳定性分析是指研究路面所受到负荷作用下的稳定性和破坏机制。

它包括静态稳定性分析和动态稳定性分析。

静态稳定性分析用于评估路面结构在静态荷载作用下的稳定性，主要考虑路面材料的强度、受力形式和变形特征等因素。

动态稳定性分析用于评估路面结构在动态荷载作用下的稳定性，主要考虑路面结构的固有振动频率、模态形态和动态响应等因素。

综上所述，路面结构的力学分析是为了确定路面结构的受力、变形、稳定性和动态响应等性能，并为路面工程的设计和施工提供科学依据。

它涉及静力分析、动力分析、变形分析和稳定性分析等多个方面，需要采用合适的理论模型和计算方法进行研究。

三种典型沥青路面结构的力学特性分析吴奇帆【期刊名称】《《广东土木与建筑》》【年(卷),期】2019(026)010【总页数】4页(P43-46)【关键词】沥青路面结构; BISAR3.0; 路表弯沉; 弯拉应力; 弯拉应变【作者】吴奇帆【作者单位】中建南方投资有限公司深圳518022【正文语种】中文【中图分类】U416.010 引言沥青路面的破坏形式主要包括裂缝、坑槽等，其中裂缝是沥青路面最为主要的病害形式。

依据裂缝产生根原划分类型，可将其分为非荷载、荷载类型两类。

对于荷载型裂缝，其产生原因大多是反复车辆荷载下，沥青路面的比面层更易产，开裂破坏将在基层底部迅速展开，致使路面出现反射裂纹。

国内外专家学者就沥青路面裂缝的形式和变化机理开展了较多的研究。

Jiwon Kim 等人［1］利用有限元计算，发现对路面微裂缝产生贡献最大的是汽车轮胎边缘荷载所产生的拉应力，而温缩应力使微裂缝扩展成由上而下的纵向裂缝。

李清富等人［2］基于路面结构的三维有限元模型，通过计算发现路面的表层是结构分布最集中处，导致半刚性路面产生裂缝的主要原因正是最大剪切应力大于沥青混合材料抗剪强度。

沥青路面的破坏除了与荷载、温度有关，还受到路面结构间层的粘结状态的影响。

朱耀庭等人［3］结合Godman模型分析了路面结构间层粘结状态，基于BISAR3.0路面结构软件对互异粘结状态下的路面结构受力情况进行了计算和对比分析，发现沥青面层的疲劳寿命大幅下降与层间粘结的脱离有紧密联系，持续竖向荷载作用下，将增加90%。

Lubinda 等人［4］的研究表明，层间粘结情况与路面受荷破坏程度有重要关系，路面结构内的相关力学指标（应力、应变等）受到粘结状态影响，沥青磨耗层纵向、横向拉应变增加。

彭妙娟等人［5］利用有限元软件计算不同粘结状态下沥青路面结构的力学特性，结果表明持续荷载增加的情况下，路面结构车辙变形程度与层间粘结状态优劣呈正相关影响。

目前，国内高速公路大多采用半刚性基层沥青路面，其材料特性决定了在使用过程中不可避免产生温度收缩和干缩开裂，进而致使路面破坏。

路面结构受力分析及疲劳寿命预估摘要：在本文中，笔者计算了两种路面结构在基层模量的变化下对面层影响，并得出水泥稳定碎石及二灰碎石层适宜的模量及厚度。

相比之下，模型A在应力控制方面明显优于模型B，为今后工程提供借鉴经验。

关键词：基层模量水泥稳定碎石应力控制路面结构的受力分析半刚性基层材料不同于沥青混合料，在重复荷载作用下其力学性质具有本身的特征。

半刚性材料层的特点是，其控制应力或控制应变的是拉，并通常位于半刚性层的底面[1]。

根据半刚性材料的力学特性和车轮荷载在路面中产生的应力的分析，可以知道，当半刚性基层下的底基层也是半刚性材料时，在半刚性基层底面产生的拉应力往往较小，相对于半刚性基层材料的弯拉强度，只是一个小的应力水平，通常不会引起半刚性基层产生弯拉疲劳破坏；直接位于土基上的半刚性底基层的底面却往往可能遭受较大的车轮荷载引起的拉应力，特别在土基较软的情况下拉应力更大，也就是底基层的底面会遭受到较大的力反复作用，从而引起弯拉疲劳破坏[2~4]。

因此，往往需要检验半刚性底基层是否可能遭受弯拉疲劳破坏。

本课题对振动成型设计方法的半刚性基层沥青路面进行结构的受力分析，把个面层层底、基层层底及底基层层底的拉应力做为分析指标，采用公路路面设计系统(HPDS 2006)来计算各结构层的层底拉应力。

路面结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，并假定各结构层间接触为完全连续。

路面结构层的设计将前面进行疲劳试验的振动成型方式的水泥碎石及二灰碎石混合料应用于路面结构中，本课题设计的路面结构采用六层体系，分别为：细粒式沥青混凝土（AC－13）上面层，中粒式沥青混凝土（SUP－20）中面层，粗粒式沥青混凝土（SUP－25）下面层，半刚性基层，二灰土底基层和土基。

本课题采用了两种路面结构类型：（1）水泥稳定碎石做上基层，二灰碎石做底基层，为结构类型A，如表6.1；（2）二灰碎石做上基层，水泥稳定碎石做底基层，为结构类型B，如表6.2。

基层参数对半刚性基层路面结构力学响应分析冯秀芳【摘要】沥青路面力学响应分析是指伴随沥青路面结构变化以及结构层设计参数变化时各种力学指标的相应变化,并研究其规律性特征对路基路面工作状态的影响.由于目前国内路面结构形式多数归属于半刚性基层沥青路面,对于各种基层类型的高速公路路面结构,面层的厚度跟模量区别不是很大,路面结构的典型性惟有体现在基层的材料以及厚度上,故下文将采用ANSYS有限元求解方法,分析基层厚度和模量的对半刚性基层路面结构力学的响应,为路面结构中确定基层材料以及尺寸提供理论依据.【期刊名称】《交通世界（建养机械）》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】2页(P204-205)【作者】冯秀芳【作者单位】兴隆县交通局地方道路管理站【正文语种】中文沥青路面力学响应分析是指伴随沥青路面结构变化以及结构层设计参数变化时各种力学指标的相应变化，并研究其规律性特征对路基路面工作状态的影响。

由于目前国内路面结构形式多数归属于半刚性基层沥青路面，对于各种基层类型的高速公路路面结构，面层的厚度跟模量区别不是很大，路面结构的典型性惟有体现在基层的材料以及厚度上，故下文将采用ANSYS有限元求解方法，分析基层厚度和模量的对半刚性基层路面结构力学的响应，为路面结构中确定基层材料以及尺寸提供理论依据。

图1 计算模型有限元求解方法概述有限元法最早出现在20世纪50年代航空工程飞机结构的矩阵分析中，经过几十年的发展，该方法已经广泛应用于工程技术领域中的复杂问题分析。

其分析范围已经从最初的平面静力杆件问题发展到空间动力和稳定的弹性力学甚至塑性力学问题，从固体力学问题发展到流体力学、电磁学和热力学问题。

用有限元法分析问题的基本步骤如下∶结构的离散化。

离散化就是要把待分析的结构分割成有限个单元体，每一个单元代表这个实际结构的一个离散部分，并在单元体间设置节点，从而保证相邻单元之间有关参数的连续性，用这些有限单元的集合体来模拟原来的结构。