羅正德

【摘 要】借助ANSYS構(gòu)建半剛型基層瀝青混凝土路面的構(gòu)造模型，并進(jìn)行瞬態(tài)調(diào)研，獲得路面構(gòu)造在平均移動(dòng)常量負(fù)載與半波正弦負(fù)載之下的豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線，即兩類加載方法之中的路面構(gòu)造，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)之中的規(guī)律類似；不一致的加載方法僅凸顯在極值產(chǎn)生的時(shí)間段與極值多少的較少間距之中。這一論斷能夠給瀝青路面處于不一致動(dòng)載之中的施工輔以參照。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；加載方式；動(dòng)態(tài)響應(yīng)

【中圖分類號(hào)】U416.217 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）05-0153-02

0 前言

瀝青路面構(gòu)造之中的力學(xué)響應(yīng)會(huì)被負(fù)載、構(gòu)造種類、構(gòu)造融合等各類因素影響，汽車速度快、多載等特征得以逐步凸顯，路面構(gòu)造在具體的動(dòng)態(tài)型重載之中凸顯出的力學(xué)特性與原本的靜態(tài)模型間具備過量的差別。傳統(tǒng)的靜力學(xué)方法已無法全方位地凸顯瀝青路面構(gòu)造之中的動(dòng)力響應(yīng)對(duì)于軸載、路面構(gòu)造數(shù)值的敏感特性。對(duì)路面構(gòu)造處于重載之中的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值進(jìn)行調(diào)研，把握路面構(gòu)造響應(yīng)對(duì)于負(fù)載數(shù)值與路面構(gòu)造數(shù)值產(chǎn)生的敏感特性尤為關(guān)鍵，能夠幫助施工設(shè)計(jì)單位提升對(duì)重載型瀝青路面構(gòu)造設(shè)計(jì)的高效性。

1 三維型有限元分析模型

1.1 路面構(gòu)造與原料數(shù)值

在調(diào)研期間，考慮到路面構(gòu)造之中的阻尼對(duì)于動(dòng)力響應(yīng)的影響，把路面構(gòu)造之中的阻尼比重ζ設(shè)定為0.05，依據(jù)路面構(gòu)造模態(tài)進(jìn)行調(diào)研，獲得自振頻次ω1與ω2，測(cè)算出Rayleigh型阻尼比重?cái)?shù)值α=5.159（2ω1ω2 ζ/ω1+ω2）、β=3.623×10-4（2 ζ/ω1+ω2）。

1.2 負(fù)載數(shù)值

負(fù)載借助對(duì)道路瀝青路面構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用的規(guī)范型軸載，單軸型雙輪組為100 kN。借助半波型正弦平均分散負(fù)載測(cè)算動(dòng)載，運(yùn)作速率借助高速公路相應(yīng)的設(shè)計(jì)速率（80 km/h），測(cè)算負(fù)載作用的周期T=0.058 s。輪胎的觸地面積即矩形，矩形之中長(zhǎng)寬比重為0.871 2/0.6。P（t）=Pmax×sin（π/Tt），Pmax為負(fù)載作用之中的峰值，規(guī)范軸為0.70 MPa；T為負(fù)載作用的周期，T=12a/v；v為汽車運(yùn)行的速率；a為輪胎觸地面積之中的當(dāng)量圓半徑，規(guī)范軸為0.106 5 m。

1.3 模型數(shù)值

有限型元模型的大小憑借應(yīng)力測(cè)算成果收斂平穩(wěn)作為憑據(jù)，平面大小為6.0 m×6.0 m，路基的深度為6.0 m，模型如圖1所示。各大構(gòu)造層借助八大節(jié)點(diǎn)六面體之中的全部積分單位即C3D8進(jìn)行模擬[1]。因?yàn)闃?gòu)造與負(fù)載具備一致性，所以使用1/4型模型進(jìn)行調(diào)研。邊界借助路基底層施行豎向制約（z朝向），對(duì)各大構(gòu)造層一致面施行一致制約，側(cè)向（x朝向與y朝向）施行水平制約，x朝向即公路橫向，y朝向即公路縱向。

2 不一致加載方法之中瀝青路面構(gòu)造相應(yīng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

2.1 兩類加載方式之中測(cè)算處力學(xué)響應(yīng)相應(yīng)的變換規(guī)律

在圖2之中，汽車處于起始處或終點(diǎn)處的期間，各處的豎向移動(dòng)為0；運(yùn)作的汽車愈趨近測(cè)算處，豎向移動(dòng)愈多，在運(yùn)行至測(cè)算處后，具備的豎向移動(dòng)最多；汽車駛走后，測(cè)算處之中的移動(dòng)逐漸回歸為0，而移動(dòng)得以全方位回歸，這與路基及路面構(gòu)造層原料所具備的彈性特性相關(guān)[2]。在圖3之中，汽車的起始處與圖2之中的起始處一致，然而，汽車負(fù)載的多少會(huì)在移動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生變換，變換規(guī)律即半波型正弦函數(shù)，在Z=5.0 m位置的測(cè)算處，汽車逐漸趨近、到達(dá)直到逐步駛走后，其豎向移動(dòng)經(jīng)由0逐漸增多直至最高，再逐漸變小歸0的規(guī)律加以變換，與常量負(fù)載之中的變換規(guī)律一樣。在圖2與圖3之中，面層之上的移動(dòng)數(shù)值最高，依據(jù)深度的增長(zhǎng)逐步變小。

豎向之中的動(dòng)應(yīng)力大多為壓應(yīng)力，汽車處于起始處或是終點(diǎn)處后，動(dòng)應(yīng)力為0；汽車在移動(dòng)逐漸趨近測(cè)算處后，測(cè)算處的動(dòng)應(yīng)力逐步增多；在到達(dá)測(cè)算處后，動(dòng)應(yīng)力最高；接著汽車逐步駛走，測(cè)算處的動(dòng)應(yīng)力逐步變小直至回歸為0；隨著汽車逐步駛遠(yuǎn)，測(cè)算點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力不會(huì)被影響，保持為0，體現(xiàn)為某一零刻度部位的水平直線。

然而，不一致深度點(diǎn)之中的測(cè)算處所包括的豎向動(dòng)應(yīng)力曲線，在變換期間依舊具備不一致性[3]。對(duì)豎向動(dòng)應(yīng)力之中的時(shí)程變換進(jìn)行調(diào)研，面層表層的節(jié)點(diǎn)即2 869，僅有在汽車將要到達(dá)后，才會(huì)具備瞬時(shí)增多的豎向壓應(yīng)力，汽車間距其過遠(yuǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)之中的豎向壓應(yīng)力不具備變換，保持為0。在面層之下的10 cm深度的節(jié)點(diǎn)即6 053，這一突變具備緩和性，然而豎向動(dòng)應(yīng)力的范疇有所擴(kuò)充；其往下愈深，測(cè)算處之中的豎向壓應(yīng)力產(chǎn)生的突變?cè)讲煌怀觯欢Q向壓應(yīng)力的范疇逐步增大。例如，在面層表層之下的深度為60 cm時(shí)，這一位置之中的節(jié)點(diǎn)即1 277，豎向動(dòng)應(yīng)力的時(shí)程曲線較平，然而在汽車開啟與駛走期間，這一節(jié)點(diǎn)都具備豎向壓應(yīng)力。如此就明確了越趨近路表，豎向應(yīng)力越匯集，路表朝下越深的豎向應(yīng)力越分散。

在常量負(fù)載之中，豎向最多移動(dòng)與最高動(dòng)應(yīng)力都高過波動(dòng)負(fù)載之中的數(shù)值，即因?yàn)槌Ａ控?fù)載長(zhǎng)時(shí)間憑借穩(wěn)固的壓力作用到路面構(gòu)造之上，而波動(dòng)負(fù)載僅有在峰值點(diǎn)時(shí)才與常量負(fù)載的穩(wěn)固壓力數(shù)值一樣，其余時(shí)間作用到路面之中的數(shù)值都少于穩(wěn)固壓力[4]。依據(jù)加載的時(shí)間進(jìn)程進(jìn)行測(cè)算，波動(dòng)負(fù)載在移動(dòng)至Z即5.0 m后的測(cè)算處，趨近峰值又未達(dá)到峰值，所以這一位置之中的豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力都過少。最高豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生的時(shí)間依據(jù)測(cè)算處的深度增加而逐步落后，而在波動(dòng)負(fù)載之中，這類最高值產(chǎn)生的時(shí)間與波動(dòng)峰值產(chǎn)生的時(shí)間緊密相關(guān)。

2.2 波動(dòng)負(fù)載之中不一致部位測(cè)算處力學(xué)響應(yīng)的變換規(guī)律

對(duì)于某大穩(wěn)固部位點(diǎn)的測(cè)算處而言，負(fù)載間距其越近，對(duì)其所產(chǎn)生的影響就越大；負(fù)載間距其越遠(yuǎn)，對(duì)其所產(chǎn)生的影響就越小。總體而言，負(fù)載只有在測(cè)算處相鄰的相應(yīng)范疇之中，才會(huì)對(duì)其產(chǎn)生力學(xué)響應(yīng)的影響[5]。例如，負(fù)載在作用至Z=5.0 m的測(cè)算處后，Z=6.4 m的測(cè)算處之中的豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)的數(shù)值為0，曲線體現(xiàn)為某一在零刻度部位之中的水平直線；而在負(fù)載作用至Z=6.4 m的測(cè)算處后，Z=5.0 m的測(cè)算處的豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)的數(shù)值也為0，曲線也體現(xiàn)為某一在零刻度部位之中的水平直線。

3 結(jié)語

對(duì)路面之中的某大穩(wěn)固處來說，常量負(fù)載與波動(dòng)負(fù)載之中的豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)的時(shí)程變換規(guī)律類似。借助調(diào)研不一致深度之中測(cè)算處的豎向動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)的時(shí)程曲線變換規(guī)律發(fā)現(xiàn)：越趨近路層，豎向應(yīng)力越匯集；路層朝下越深的豎向應(yīng)力越分散。把路面構(gòu)造穩(wěn)固處的豎向移動(dòng)與豎向動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)的極值輔以列表，指出不一致加載方法僅凸顯在極值產(chǎn)生時(shí)間與極值多少的過少間距之中。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]許新權(quán)，吳傳海，周勇，等.多層位移計(jì)在長(zhǎng)壽命瀝青路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試中應(yīng)用研究[J].公路，2016（8）：7-11.

[2]楊毅，劉忠，辛亞兵，等.動(dòng)載作用下半剛性基層瀝青路面應(yīng)變響應(yīng)的演化規(guī)律[J].中外公路，2017（2）：51-55.

[3]王甲辰，李浩，吳傳海，等.濕熱重載地區(qū)長(zhǎng)壽命瀝青路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)測(cè)系統(tǒng)研究[J].中外公路，2016（3）：58-63.

[4]張麗娟.重載作用下瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)敏感性分析[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（2）：138-145.

[5]陳峙，王鐵，谷豐收，等.典型路面激勵(lì)下的工程專用自卸車車架動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究[J].汽車技術(shù)，2015（3）：16-20.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]