交通流动荷载对沥青路面疲劳寿命影响的数值分析研究

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影响沥青路面使用寿命的因素很多,国内外研究者从多方面和角度进行了大量的研究。论文主要从动荷载对路面的作用角度,借助有限元分析软件,结合相关力学理论,运用数值仿真的方法,探讨交通流动荷载对沥青路面的疲劳寿命影响。 首先,论文阐述了在研究中所用到的多种理论基础及其分析方法,三维路面结构模型的构建,及模型的边界条件界定、轮胎接地印迹确定、非均布动荷载的大小计算、加载方法,及模型的数值计算方法。 其次,比较和分析了在相同非均布动荷载作用下,粘/线弹性路面模型各层在垂直位移、正应力和剪应力之间的动态响应差别,并结合相关实测数据得出粘弹性路面结构模型更符合实际,以此选用粘弹性路面结构模型为数值分析计算模型; 接着,通过均布静荷载下路表的静态弯沉、不同速度下模型路表的动态弯沉及沥青路面层内的剪应力变化情况,来分析行车速度对粘弹性沥青路面寿命的影响。得出当行车速度在约10 km/h~33 km/h之间时,对路面使用寿命影响显显著,当车速在17km/h时达到最大,路面的实际使用寿命比设计寿命缩短将近61.5%; 最后,基于观测路段初年内年平均日交通量和交通调查的数据,根据疲劳损伤力学理论,研究单轴载通过时,由沥青层底部的最大拉伸应变计算造成的路面疲劳破坏;再由Miner’s线性累积损伤理论计算,得到实际车流荷载作用下,沥青路面发生一定疲劳破坏程度时的使用寿命。计算结果表明,研究路段沥青路面疲劳断裂等于或小于车轮路径处面积的10%疲劳破坏时,仅用3.4年,45%疲劳破坏时用4.5年;而使用轴载换算方法算得结果则为5.5年。综合分析表明,疲劳断裂方法所计算出的沥青路面疲劳寿命更具有实际意义。 说明动荷载对沥青路面的寿命影响显著,并明显有别于传统的静荷载作用;今后的路面结构设计中,应充分考虑交通流动荷载因素。
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