温度和荷载耦合作用下沥青路面力学性能分析

张志刚

(河北省高速公路京秦管理处，秦皇岛066001)

沥青路面具有成本低，易维修等特点，然而路面在建成后由于外界环境的影响往往会出现裂缝、车辙、沉陷等病害.沥青路面设计时只将交通荷载作用下的路面整体弯沉和层底拉应力作为设计指标，并未考虑外界环境条件对路面结构应力的影响［1］.路面长期暴露在自然环境下，在不断变化的环境温度下，路面内部产生温度应力，故路面必然会受到外界环境的影响［2］.为完善路面设计时的设计指标，选取了承德地区的SMA(Stone Mastic Asphalt)路面进行研究，外界条件选为冬季最不利的天气，利用有限元ANSYS软件分析SMA沥青路面在外界温度和车轮荷载耦合作用下的弯拉应力，探讨环境温度对路面内部弯拉应力的影响，为今后路面设计提供依据.

1 路面模型及材料参数

路面结构为3 cmSMA－13上面层+7 cmAC－25下面层+20 cm水泥稳定碎石基层+18 cm砂砾垫层+土基.在对路面进行热力学分析时做如下假设:各层是连续的、均匀的、各向同性的;同一时刻路面同一水平面上各点的温度相等;层间温度和热流连续;假定导热系数、温缩系数不随温度变化取为常量;在路面足够深度处温度为常量.路面各层材料参数如表1所示.

表1 材料参数

建立的模型是三维模型，选取的模型尺寸为长6 m，宽3 m，厚度6 m的沥青路面模型，各结构层间完全连续，热分析时的单元类型选为 solid70和plane55，模型的约束条件是平行于行车方向(X轴)的面有X方向的约束，垂直于行车方向(Y轴)的面有Y方向……