高模量沥青混凝土路面抗车辙行为数值模拟

介绍：随着公路交通量增加和重载车辆增多，沥青路面车辙损害现象越来越突出，严重影响路面行车的安全性和舒适性，防治车辙问题已成为迫切需要解决的问题。高模量沥青混凝土(HMAC)作为一种新型路面材料，具有模量高、抗车辙性能好、对低温开裂及温度疲劳开裂敏感性不强等优点，对于提高路面抗车辙能力非常有效。本文利用通用有限元软件ANSYS，对设置高模量沥青混凝土层的半刚性基层沥青路面的荷载响应进行数值分析，为高模量沥青混凝土在沥青路面中的应用提供理论依据。论文首先根据弹性层状理论体系，建立了沥青路面三维有限元模型，通过分析高模量沥青混凝土设置在不同结构层位的力学响应，确定出高模量沥青混凝土的设置层位。进一步分析了高模量沥青混凝土模量大小及其设置后各面层厚度和轴载等变化对路面结构应力、应变和弯沉的影响。结果表明高模量沥青混凝土可显著抑制车辙的产生，并推荐出其合理的模量范围。其次，在合理假定和简化基础上，基于粘弹性理论，建立了沥青路面车辙数值计算模型。对高模量沥青混凝土进行蠕变和抗压回弹模量试验，通过数据处理及回归分析，得出不同外加剂掺量下的高模量沥青混凝土在不同温度下的材料模型和参数。据此进行数值模拟，分析了温度、轴载、荷载作用次数、外加剂掺量和面层厚度等因素对车辙的影响，并拟合得到车辙的计算公式。最后结合沥青路面车辙形成特点，通过对剪应力和永久变形的计算分析，提出在现行沥青路面结构设计方法中增加剪应力和车辙深度设计指标的建议。