非均布荷载下沥青路面剪应力响应有限元分析

章大业

安徽理工大学 安徽淮南 232001

近些年来，伴随着经济社会的快速发展，我国的道路交通运输也步入了快速增长期，道路交通量和汽车轴载都在增大，在行车荷载的反复作用下，引起路面过早地破坏，其中以路面裂缝较为常见。相关文献显示车辆的荷载特性与当前国内的高速公路出现的一些早期破坏有很大关系[1]。该文采用了较为真实的荷载模型，将沥青层材料定义为粘弹性，结合大型有限元软件ABAQUS进行三维数值计算，试图探究不同轮胎花纹非均布荷载作用对路面剪应力响应的影响。

1 计算模型的建立

表1为路面结构模型的材料参数。

表1 路面模型参数

参考谢水友和胡小弟的研究成果[2-3]，选用图2（a）、（b）所示纵向花纹轮胎、横向花纹轮胎的荷载作用简化图，对应的、、数值见表2。

图2 轮胎接地面积及压力分布简化图（图中的尺寸以cm计）

2 计算结果

计算得到沥青路面层内剪应力的变化趋势如下图7所示。

表2 轮胎接地面积内压力分布

由上图可以看出，在不同工况下，剪应力随深度变化趋势大致相同，均表现出先增大后减小的规律，最大剪应力出现在路表以下约80mm处。随着轮载的增大，横向花纹轮胎产生的剪应力峰值均超过0.3Mpa。相关文献显示，一般沥青混合料在常温下的抗剪强度约为0.3Mpa-0.5Mpa。在行车荷载的反复作用下，竖向剪应力可能会与其他不利因素一起诱发路面发生剪切破坏。

3 结语

（1）在所有的工况下，最大剪应力均发生在轮胎边缘下约80mm处。剪应力随深度呈现出先增大后减小的趋势。

（2）在重载车辆的反复作用后，纵向花纹轮胎较易使路面发生剪切变形，横向花纹轮胎更倾向于使路面发生剪切破坏。