非均布荷載下瀝青路面剪應力響應有限元分析

章大業

安徽理工大學 安徽淮南 232001

近些年來，伴隨著經濟社會的快速發展，我國的道路交通運輸也步入了快速增長期，道路交通量和汽車軸載都在增大，在行車荷載的反復作用下，引起路面過早地破壞，其中以路面裂縫較為常見。相關文獻顯示車輛的荷載特性與當前國內的高速公路出現的一些早期破壞有很大關系[1]。該文采用了較為真實的荷載模型，將瀝青層材料定義為粘彈性，結合大型有限元軟件ABAQUS進行三維數值計算，試圖探究不同輪胎花紋非均布荷載作用對路面剪應力響應的影響。

1 計算模型的建立

表1為路面結構模型的材料參數。

表1 路面模型參數

參考謝水友和胡小弟的研究成果[2-3]，選用圖2（a）、（b）所示縱向花紋輪胎、橫向花紋輪胎的荷載作用簡化圖，對應的、、數值見表2。

圖2 輪胎接地面積及壓力分布簡化圖（圖中的尺寸以cm計）

2 計算結果

計算得到瀝青路面層內剪應力的變化趨勢如下圖7所示。

表2 輪胎接地面積內壓力分布

由上圖可以看出，在不同工況下，剪應力隨深度變化趨勢大致相同，均表現出先增大后減小的規律，最大剪應力出現在路表以下約80mm處。隨著輪載的增大，橫向花紋輪胎產生的剪應力峰值均超過0.3Mpa。相關文獻顯示，一般瀝青混合料在常溫下的抗剪強度約為0.3Mpa-0.5Mpa。在行車荷載的反復作用下，豎向剪應力可能會與其他不利因素一起誘發路面發生剪切破壞。

3 結語

（1）在所有的工況下，最大剪應力均發生在輪胎邊緣下約80mm處。剪應力隨深度呈現出先增大后減小的趨勢。

（2）在重載車輛的反復作用后，縱向花紋輪胎較易使路面發生剪切變形，橫向花紋輪胎更傾向于使路面發生剪切破壞。