车速对沥青路面结构动力响应的影响

王保实 陈诚诚

0 引言

我国现行的《公路沥青路面设计规范》采用双圆垂直均布荷载作用下的各向同性层状弹性体系理论，这种设计方法与实际的路面结构在车辆移动荷载作用下的受力状况相差悬殊[1，2］;实际上车辆通常是以一定的速度行驶在路面上，路面结构受到的是位置变化的移动荷载，所以分析移动荷载下路面结构的力学响应更具有实际意义。

笔者基于以上情况，将车辆荷载简化为移动荷载，借助大型有限元软件ABAQUS来进行移动荷载作用下沥青路面应力响应的数值模拟分析。首先，在考虑沥青面层弹塑性的基础上，建立三维沥青路面结构动力响应分析的有限元模型，来分析研究车速变化对应力响应的影响，从而得出一些对路面结构设计和施工的合理建议。

1 路面动力学有限元基本理论

根据Hamiton原理，路面结构动力学的有限元动力方程为:

其中，M，C，K分别为路面结构动力系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;¨u，˙u，u分别为路面结构动力系统的加速度、速度和位移向量;F(t)为路面结构动力系统的车辆荷载矩阵。

对于阻尼矩阵，由于路面结构中的阻尼机理比较复杂，通常采用Rayleigh阻尼，即:

其中，α，β均为阻尼系数。

2 有限元模型的建立

2.1 计算模型的选取

本文计算模型采用沥青路面结构，模型尺寸(x，y，z)为6.0 m×5.66 m×5.72 m。Z轴为道路纵向，X轴为道路横向，并满足如下假设:1)面层为弹塑性材料，其他面层都由均质、各向同性的线弹性材料组成，服从虎克定律;2)路面各层接触良好;3)道路表面不考虑横纵坡度和不平整度的影响，为一水平平面;4)不考虑自重应力场。……