基于材料非線性的多軸重載下瀝青路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析.pdf

1、為了滿(mǎn)足大物流的運(yùn)輸需求，解決運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)與車(chē)輛超載的矛盾，車(chē)輛多軸重載運(yùn)輸已成為交通發(fā)展的必然趨勢(shì)。與此同時(shí)，車(chē)輛的多軸重載作用對(duì)路面結(jié)構(gòu)與材料的要求也提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是在路基路面材料方面，在重載作用下路基路面材料呈現(xiàn)出較大的非線性特性。此外，隨著近些年來(lái)柔性路面的增多，工程實(shí)踐表明，在路面設(shè)計(jì)及研究中路面結(jié)構(gòu)材料的非線性特性不容忽視?；谏鲜鰻顩r，本文采用現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛調(diào)查與資料分析、路基路面材料特性研究和數(shù)值模擬等方法，分析了碎石底基層

2、和土基非線性對(duì)路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，同時(shí)在材料非線性的基礎(chǔ)上研究了多軸重載作用下路面結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
　　本文對(duì)我國(guó)貨車(chē)發(fā)展及現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查分析。調(diào)研分析表明，我國(guó)重載貨車(chē)在過(guò)去十年實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，在現(xiàn)行的城市快速路和省道中，多軸重載車(chē)輛可占到總貨車(chē)數(shù)量的一半，隨著大物流運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，多軸重載車(chē)將是我國(guó)未來(lái)貨車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)。為了系統(tǒng)分析基于路基路面材料非線性多軸重載條件下路面結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，本文繼而展開(kāi)以下幾個(gè)方面的研究。首先，在路基路面材料方

3、面著重考慮了碎石底基層和土基材料的非線性，并對(duì)其非線性應(yīng)力依賴(lài)模型進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文選取了國(guó)內(nèi)外常用的碎石應(yīng)力依賴(lài)模型，通過(guò)對(duì)已有碎石回彈模量測(cè)試數(shù)據(jù)的分析擬合，得到了三種不同級(jí)配碎石的本構(gòu)模型參數(shù)。對(duì)于土基材料，基于美國(guó)伊利諾伊州聯(lián)邦公路局對(duì)柔性路面的調(diào)查評(píng)估和我國(guó)實(shí)際情況，針對(duì)雙線性應(yīng)力依賴(lài)模型的土基的本構(gòu)關(guān)系，討論分析了由強(qiáng)到弱的四種不同土基材料，選取了不同土基的本構(gòu)模型參數(shù)。其次，在有限元原理的基礎(chǔ)上，分別針對(duì)碎石材料和土基材

4、料的本構(gòu)模型，選取切線剛度算法編寫(xiě)了相應(yīng)的材料子程序，通過(guò)UMAT子程序接口導(dǎo)入到ABAQUS有限元軟件中，實(shí)現(xiàn)了非線性材料在ABAQUS有限元軟件中的數(shù)值分析計(jì)算。再次，建立了基于材料非線性的瀝青路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的有限元分析模型，以縱向應(yīng)力、路表豎向變形、基層層底拉應(yīng)力和路基表面垂直應(yīng)變作為路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)指標(biāo)，分別研究了碎石底基層非線性、土基非線性和雙層材料非線性對(duì)路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，相對(duì)材料線彈性特性，碎石底基層非線性在重載

5、下強(qiáng)度增大，能夠加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu);在考慮雙層材料非線性時(shí)，各路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)指標(biāo)均為最不利情況，尤其是路基表面垂直應(yīng)變指標(biāo)。并且隨著載荷的增大，非線性條件下各路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)指標(biāo)呈現(xiàn)非線性的增長(zhǎng)，相對(duì)于線性條件明顯增加，表明重載對(duì)路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)有較大的影響。最后，基于不同類(lèi)型的碎石底基層和土基非線性，比較了單軸、雙軸和三軸載荷下路面的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。結(jié)果表明，多軸情況下的路表豎向變形和路基表面垂直應(yīng)變均大于單軸情況，而層底拉應(yīng)力卻小于單軸條件下，說(shuō)明多軸載