申愛琴，王禮根，萬晨光，顧聘聘

(長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安710064)

耦合場下吐魯番半剛性瀝青路面三維有限元分析

申愛琴，王禮根，萬晨光，顧聘聘

(長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安710064)

基于吐魯番地區(qū)半剛性瀝青路面車轍和橫向裂縫病害嚴(yán)重的問題，對耦合場下的半剛性瀝青路面進(jìn)行力學(xué)響應(yīng)量的分析。利用ANSYS軟件對半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)建立三維有限元模型，在施加太陽輻射等溫度荷載的同時(shí)施加車輛荷載，研究吐魯番地區(qū)半剛性瀝青路面在耦合場下的力學(xué)響應(yīng)量，為吐魯番地區(qū)半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)提供一些建議。分析結(jié)果表明：瀝青面層厚度對瀝青層最大剪應(yīng)力和半剛性基層最大拉應(yīng)力有著明顯的影響，并建議吐魯番地區(qū)瀝青面層厚度取值為16～18 cm；瀝青層最大剪應(yīng)力和半剛性基層最大拉應(yīng)力在7～13點(diǎn)，分別增加了4.5%和5.8%。

道路工程；半剛性瀝青路面；有限元分析；溫度場；耦合場

0 引 言

吐魯番地處北緯43度東經(jīng)90度附近，夏季氣溫特別高，據(jù)記載夏季8月最高氣溫曾達(dá)到49.6℃。在此地區(qū)建設(shè)的高速公路基本均為設(shè)有半剛性基層的瀝青路面，其代表結(jié)構(gòu)為4 cm上面層+5 cm中面層+6 cm下面層+30 cm半剛性基層+20 cm級配砂礫墊層。眾所周知半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)在高溫季節(jié)容易引發(fā)如車轍的種種病害。因此吐魯番境內(nèi)的高速公路破壞嚴(yán)重，特別是車轍和橫向裂縫等頑固病害。該地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然是依據(jù)我國瀝青設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，對車轍等病害缺少相應(yīng)的控制指標(biāo)，同時(shí)忽略了高溫等環(huán)境因素對瀝青路面結(jié)構(gòu)的影響。

目前對于耦合場下的瀝青路面的研究相對較少，多數(shù)是將溫度與車輛荷載分開研究。嚴(yán)作人[1]對層狀瀝青路面溫度場進(jìn)行了研究，提出了瀝青路面溫度場的計(jì)算理論。吳贛昌[2]對路面結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力進(jìn)行了相關(guān)分析，并提出了路面結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的計(jì)算方法。

就目前研究而言[3-5]，對瀝青路面結(jié)構(gòu)耦合場的研究較少，且大都局限于二維模型。然而，眾所周知，瀝青路面結(jié)構(gòu)的耦合場是三維問題，用二維方式來分析顯然與實(shí)際情況有所不同。

鑒于此，筆者采用ANSYS有限元軟件作為計(jì)算工具，將吐魯番地區(qū)典型的半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)建立三維有限元模型，并對模型施加氣溫荷載和太陽輻射等熱荷載，同時(shí)施加車輛荷載，研究在此耦合場下該地區(qū)半剛性瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)量，以期為該地區(qū)半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些建議。

1 熱力學(xué)參數(shù)的確定

1.1 環(huán)境參數(shù)

在實(shí)際環(huán)境中的瀝青路面主要發(fā)生3種形式的熱傳遞，即瀝青路表與空氣之間的熱對流，太陽對瀝青路面的輻射傳熱和瀝青路面對空氣之間的輻射作用。筆者通過當(dāng)?shù)貧庀缶值玫搅水?dāng)?shù)?月的氣溫和太陽輻射量等資料，如表1。

表1 吐魯番8月環(huán)境參數(shù)

根據(jù)嚴(yán)作人[1]的研究，采用雙正弦曲線模擬氣溫變化過程，太陽輻射的變化過程可采用如下分段函數(shù)的形式近似表示，具體如式(1)。

(1)

式中：q0為最大輻射，q0=0.131mQ(m=12/c；Q為日太陽輻射總量，J/m2)；c為有效日照時(shí)間，h；ω為角頻率，ω=2π/24，rad；t為任意時(shí)刻，h。

(2)

對流換熱系數(shù)的影響因素是非常多的，根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)的研究[6]，對流換熱系數(shù)與風(fēng)速呈線性關(guān)系，可表示為：

當(dāng)對違法犯罪分子進(jìn)行追擊時(shí)，我方可及時(shí)通知前方部隊(duì)，在違法犯罪分子逃跑方向經(jīng)過的地區(qū)，選擇有利于我實(shí)施伏擊的地區(qū)設(shè)下埋伏，爾后追擊分隊(duì)繼續(xù)對敵實(shí)施追擊。追擊過程中既不緊逼犯罪分子，又不能讓其逃脫，始終使其處于我牢牢控制范圍之內(nèi)。待違法犯罪分子逃離至我伏擊地域時(shí)對其實(shí)施伏擊，進(jìn)而將其捕殲。

hc=3.7v+9.4

(3)

式中：hc為對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃)；v為風(fēng)速，m /s。

1.2 瀝青路面材料參數(shù)

對于半剛性瀝青路面的筑路材料而言，溫度對其材料特性有著不同的影響。其中，瀝青混凝土材料特性受溫度的影響較大，而基層等材料特性受溫度的影響較小。此外，國內(nèi)外對不同溫度下的瀝青混凝土參數(shù)研究有限，因此為了方便以下的研究，將瀝青混凝土參數(shù)取一樣的數(shù)值。筆者在對吐魯番筑路材料進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并參考一些研究資料[6]，得出吐魯番材料參數(shù)如表2。

表2 吐魯番瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場參數(shù)及溫度應(yīng)力計(jì)算參數(shù)

(續(xù)表2)

參數(shù)路面結(jié)構(gòu)溫度場參數(shù)溫度/℃1020304050607080密度/(kg·m-2)溫度應(yīng)力計(jì)算參數(shù)級配碎石夾層勁度模量/MPa350溫縮系數(shù)×10-6/(℃-1)10泊松比0．35

2 三維有限元模型的建立

采用ANSYS有限元軟件對吐魯番半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)瀝青路面的耦合場進(jìn)行計(jì)算。其中，瀝青路面結(jié)構(gòu)耦合場的計(jì)算是建立在溫度場的計(jì)算結(jié)果之上。對溫度場的建模時(shí)采用的有限元單元是SOLID70，然后利用ANSYS有限元軟件ETCHG命令將SOLID70轉(zhuǎn)化為SOLID185單元，再進(jìn)行耦合場的計(jì)算。由于分析的是瀝青路面結(jié)構(gòu)耦合場的計(jì)算，這顯然是一個(gè)三維問題，因此建立的模型是三維有限元模型。經(jīng)過多次嘗試，建立的有限元模型為5 m(X)×5 m(Z)×6 m(Y)，其中，Y軸方向?yàn)樯疃确较?，X和Z軸分別表示水平方向和橫向，如圖1。

圖1 瀝青路面結(jié)構(gòu)有限元模型Fig.1 The finite element model of asphalt pavement structure

文中瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場的邊界條件是：路基底面為恒溫邊界，溫度為20 ℃；X和Z方向四邊界為絕熱邊界，無熱量傳遞；瀝青路表受太陽輻射作用、空氣熱對流以及空氣與瀝青路表間的輻射作用；結(jié)構(gòu)層之間完全連續(xù)，無熱阻現(xiàn)象。

其中，太陽對瀝青路面的輻射作用的施加是通過式(1)完成的，考慮的瀝青路面不是純粹的黑體，而是灰體，所以根據(jù)前人的研究考慮太陽輻射吸收率；空氣溫度對瀝青路面荷載的施加是通過式(2)給出的，同時(shí)考慮到空氣與瀝青路面的熱傳遞屬于流體與固體模式，在ANSYS中，可以通過輸入對流換熱系數(shù)予以表征；此外，在模型的上邊界添加表面單元SUR152，并設(shè)定額外節(jié)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上通過路面發(fā)射率參數(shù)的設(shè)定，用以模擬路面與空氣之間的長波輻射。

文中瀝青路面結(jié)構(gòu)耦合場的邊界條件是：路基底面是固定的，即無位移和撓度；X方向兩邊界無X方向位移，Z方向兩邊界無Z方向位移；瀝青路表受到標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用；結(jié)構(gòu)層之間完全連續(xù)，無滑動。

根據(jù)孫立軍和胡小弟等的研究[7-8]，車輛荷載作用在瀝青路面上，隨著荷載的增加輪跡越接近于矩形，因此軸載模式采用雙矩形。其中，矩形形心間距離為0.3 m，長寬分別為0.189 m和0.2 m，荷載為100 kN。

3 瀝青路面結(jié)構(gòu)的溫度場

由上述模型及給定參數(shù)，得出吐魯番地區(qū)半剛性瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的溫度場，即4 cm上面層+5 cm中面層+6 cm下面層+30 cm半剛性基層+20 cm級配砂礫墊層，如圖2。

圖2 瀝青路面不同深度處溫度隨時(shí)間變化Fig.2 Temperature in different depth of asphalt pavement temperature changing with time

由圖2可知，吐魯番地區(qū)半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)的溫度隨著深度的增加逐漸減小，瀝青路面結(jié)構(gòu)的溫度在13：00左右達(dá)到最大值。其中，瀝青面層在12：00—16：00，溫度在55～68 ℃。

4 瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)量影響因素

吐魯番地區(qū)夏季溫度高，使得該地區(qū)修建的半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)有著較高的溫度場，在與汽車荷載耦合條件下，造成該地區(qū)半剛性瀝青路面車轍以及橫向裂縫病害嚴(yán)重。眾所周知，瀝青路面車轍主要是由于瀝青層中剪應(yīng)力過大造成，而橫向裂縫大都是因?yàn)榉瓷淞芽p引起。因此筆者以瀝青層最大剪應(yīng)力和半剛性基層最大拉應(yīng)力為指標(biāo)[9]，對耦合場下的吐魯番地區(qū)瀝青路面進(jìn)行分析。

4.1 面層厚度的影響

在半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)，瀝青面層的厚度是工程造價(jià)大小的最主要因素。同樣，瀝青面層的厚度影響著瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場的變化。因此，有必要分析瀝青面層的厚度對耦合場下瀝青路面響應(yīng)量的影響，擬定的路面結(jié)構(gòu)如表3。

表3 不同厚度面層的瀝青路面結(jié)構(gòu)

圖3描述了不同瀝青面層的瀝青層最大剪應(yīng)力隨時(shí)間的變化圖。由圖易知，瀝青層最大剪應(yīng)力在07：00—13：00逐漸增大，在13：00之后逐漸減小，且在07：00—13：00瀝青層剪應(yīng)力平均增加了4.5%左右。瀝青層剪應(yīng)力亦隨著面層厚度的增加減小明顯。當(dāng)瀝青面層厚度由20 cm降到10 cm時(shí)，瀝青層最大剪應(yīng)力增加了69.2%，即在面層厚度為10～20 cm之間時(shí)，面層厚度平均每減少10%，瀝青層最大剪應(yīng)力增加13.9%。此外，在溫度場的分析中知，在12：00—16：00時(shí)，瀝青層溫度在55～68 ℃。查閱相關(guān)瀝青混凝土高溫抗剪強(qiáng)度方面的研究資料知[10]，瀝青混凝土在60 ℃的抗剪強(qiáng)度在150～250 kPa之間，根據(jù)瀝青類別以及集料配合比等取值，一般取下限值。面層厚度為10 cm的瀝青路面結(jié)構(gòu)在13：00左右，瀝青層最大剪應(yīng)力達(dá)到155 kPa以上，且瀝青層最大溫度在60 ℃以上，因此極容易發(fā)生瀝青層的剪切破壞而產(chǎn)生車轍。瀝青面層厚度為15 cm的瀝青路面結(jié)構(gòu)在13：00時(shí)，瀝青面層最大剪應(yīng)力為122.8 kPa，相對比較安全，但是考慮疲勞強(qiáng)度建議加厚，按照上述比例關(guān)系且兼顧造價(jià)因素，建議面層厚度取值16～18 cm。

圖3 瀝青層最大剪應(yīng)力隨面層厚度的變化規(guī)律Fig.3 Rule of maximum shear stress of asphalt layer changing with surface layer thickness

如圖4，半剛性基層最大拉應(yīng)力對面層厚度的變化較為敏感。一般而言，半剛性基層材料對溫度并不敏感，但是由于瀝青層材料受溫度的變化較為明顯，因此在車輛荷載作用下半剛性基層最大拉應(yīng)力發(fā)生變化。半剛性基層最大拉應(yīng)力隨時(shí)間的變化趨勢與瀝青層剪應(yīng)力相同。由7：00—13：00過程中，半剛性基層最大拉應(yīng)力平均增加了5.8%左右。半剛性基層最大拉應(yīng)力隨著瀝青面層厚度的增加逐漸降低。當(dāng)瀝青面層厚度由20 cm降到10 cm時(shí)，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加了36.24%，即在面層厚度為10～20 cm時(shí)，面層厚度平均每減少10%，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加7.3%。

圖4 半剛性基層最大拉應(yīng)力隨面層厚度的變化規(guī)律Fig.4 Rule of maximum tensile stress in semi-rigid base changing with surface layer thickness

4.2 基層厚度的影響

半剛性基層厚度的確定是半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的另一大要點(diǎn)。半剛性基層厚度過薄，基層容易斷裂，從而引起反射裂縫；基層設(shè)計(jì)過厚，增加了無謂的工程造價(jià)，造成浪費(fèi)。此外，我國瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范對于路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均是考慮常溫狀態(tài)，而吐魯番地區(qū)夏季溫度特別高，因此有必要在高溫條件下分析半剛性基層厚度對瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)量的影響。其中，擬定的路面結(jié)構(gòu)如表4。

表4 不同厚度基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)

如圖5，隨著半剛性基層厚度的不斷增加，瀝青層最大剪應(yīng)力逐漸減小。當(dāng)半剛性基層厚度由40 cm減少到20 cm時(shí)，瀝青層最大剪應(yīng)力增加了16.8%，半剛性基層厚度平均每減少5 cm，瀝青層最大剪應(yīng)力增加4.2%左右，即半剛性基層厚度為20～40 cm時(shí)，半剛性基層厚度每減少10%，瀝青層最大剪應(yīng)力增加3.36%。由此可見，與瀝青面層厚度相比，半剛性基層厚度對瀝青層剪應(yīng)力的影響較小。

圖5 瀝青層最大剪應(yīng)力隨基層厚度的變化規(guī)律Fig.5 Rule of maximum shear stress of asphalt layer changing with basement thickness

圖6描述了半剛性基層厚度對半剛性基層最大拉應(yīng)力的影響規(guī)律。由圖6易知，半剛性基層厚度對半剛性拉應(yīng)力的影響較大。半剛性基層厚度由40 cm降低到20 cm時(shí)，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加了111.54%。其中，當(dāng)半剛性基層厚度在30～40 cm時(shí)，半剛性基層厚度每降低1 cm，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加5.18 kPa；當(dāng)半剛性基層厚度在20～30 cm時(shí)，半剛性基層厚度每降低1 cm，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加7.87 kPa。由此可見，半剛性基層厚度在20～30 cm對半剛性基層最大拉應(yīng)力的影響比半剛性基層厚度在30～40 cm時(shí)大，前者造成半剛性基層最大拉應(yīng)力的變化是后者的1.52倍。

圖6 半剛性基層最大拉應(yīng)力隨基層厚度的變化規(guī)律Fig.6 Rule of maximum tensile stress in semi-rigid base changing with basement thickness

由圖6可知，當(dāng)半剛性基層厚度為20 cm時(shí)，半剛性基層最大拉應(yīng)力在13：00之后達(dá)到245 kPa以上。由現(xiàn)行規(guī)范值，半剛性基層容許彎拉應(yīng)力一般在220～250 kPa。因此，半剛性基層厚度為20 cm的瀝青路面結(jié)構(gòu)在行車荷載下的半剛性基層最大拉應(yīng)力顯然偏大。按照以上分析的比例關(guān)系，建議半剛性基層厚度為24～30 cm。

4.3 夾層厚度的影響

由于半剛性基層溫縮和干縮裂縫而出現(xiàn)的瀝青層反射裂縫是半剛性瀝青路面的一大頑疾。目前，解決這一病害的方案有很多，但是切實(shí)可行的還是在半剛性基層之上設(shè)置應(yīng)力吸收層，即級配碎石夾層。因此，筆者對設(shè)有以下4種厚度級配碎石夾層的瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，具體如表5。

表5 不同厚度夾層的瀝青路面結(jié)構(gòu)

Table 5 Asphalt pavement structure with different interlayer thickness

結(jié)構(gòu)層厚度/cm瀝青面層15級配碎石夾層0/5/10/15半剛性基層30級配砂礫墊層20

圖7描述了不同夾層厚度的瀝青路面結(jié)構(gòu)在行車荷載下瀝青層最大剪應(yīng)力隨著時(shí)間的變化圖。由圖7易知，隨著夾層厚度的增加，瀝青層最大剪應(yīng)力逐漸增加，但是增加的幅度較小。夾層厚度由0 cm增加到15 cm時(shí)，瀝青層最大剪應(yīng)力增加了3.69 kPa，即夾層厚度每增加5 cm，瀝青層最大剪應(yīng)力增加1.23 kPa。由此可見，夾層厚度的變化對瀝青層最大剪應(yīng)力的影響較小。

圖7 瀝青層最大剪應(yīng)力隨夾層厚度的變化規(guī)律Fig.7 Rule of maximum shear stress in asphalt layer changing with interlayer thickness

如圖8，夾層的設(shè)立與否對一天中的半剛性基層最大拉應(yīng)力變化規(guī)律有著明顯的影響。由圖8可知，不設(shè)置夾層的瀝青路面結(jié)構(gòu)的半剛性基層最大拉應(yīng)力在一天中呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢；而設(shè)置夾層之后，半剛性基層最大拉應(yīng)力在一天中呈現(xiàn)先減小后增大，并在15：00左右達(dá)到最低值。設(shè)置5 cm的夾層與不設(shè)置夾層相比，半剛性基層最大拉應(yīng)力在15:00左右減小明顯，減小了15.8%。此外，隨著基層厚度的增加，半剛性基層最大拉應(yīng)力逐漸減小。夾層厚度在5～15 cm時(shí)，夾層厚度每增加5 cm，半剛性最大拉應(yīng)力減小6.7%。由于級配碎石夾層的設(shè)置能有效的防止瀝青層反射裂縫的發(fā)生，且考慮到以上分析結(jié)果，建議在半剛性基層之上設(shè)置夾層，夾層厚度為5～10 cm。

圖8 半剛性基層最大拉應(yīng)力隨夾層厚度的變化規(guī)律Fig.8 Rule of maximum tensile stress in semi-rigid base changing with interlayer thickness

5 結(jié) 論

1)瀝青層最大剪應(yīng)力和半剛性基層最大拉應(yīng)力在07：00—13：00之間逐漸增大，在07：00—13：00瀝青層最大剪應(yīng)力和半剛性基層最大拉應(yīng)力分別增加了4.5%和5.8%。

2)瀝青面層厚度對瀝青層最大剪應(yīng)力和半剛性基層最大拉應(yīng)力有著明顯的影響。在面層厚度為10～20 cm時(shí)，面層厚度平均每減少10%，瀝青層最大剪應(yīng)力增加13.9%，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加7.3%。建議吐魯番地區(qū)瀝青面層厚度取值為16～18 cm。

3)當(dāng)半剛性基層厚度在20～30 cm時(shí)，半剛性基層厚度每降低1 cm，半剛性基層最大拉應(yīng)力增加7.87 kPa，建議吐魯番地區(qū)半剛性基層厚度為24～30 cm。

4)設(shè)置5 cm的夾層與不設(shè)置夾層相比，半剛性基層最大拉應(yīng)力在15：00減小了15.8%左右。建議在半剛性基層之上設(shè)置夾層，夾層厚度為5～10 cm。

[1] 嚴(yán)作人.層狀路面體系的溫度場分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1984,12(3):76-85. YAN Zuoren.Analysis of the temperature field in layered pavement system [J].JournalofTongjiUniversity,1984,12(3):76-85.

[2] 吳贛昌.層狀路面結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析[J].中國公路學(xué)報(bào),1993(4):1-8. WU Ganchang.Thermal stress analysis of layered structure pavement [J].ChinaJournalofHighwayandTransport,1993,6(4): 1-8.

[3] 申愛琴,張艷紅,郭寅川,等.三類瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的對比分析[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,29(4):1-7. SHEN Aiqin,ZHANG Yanhong,GUO Yinchuan,et al.Comparative analysis of mechanical response of three typical asphalt pavement structures [J].JournalofChang’anUniversity(NaturalScienceEdition),2009,29(4):1-7.

[4] 李煒光,申愛琴,張玉斌.半剛性材料溫度應(yīng)力分析研究[J].中南公路工程,2004,6(2):54-57. LI Weiguang,SHEN Aiqin,ZHANG Yubin.Thermally induced stresses in semi-rigid material for pavement base [J].CentralSouthHighwayEngineering,2004,6(2): 54-57.

[5] 張敏江,王亮,周宇.級配碎石上基層瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,37(1):64-69. ZHANG Minjiang,WANG Liang,ZHOU Yu.Asphalt pavement structure analysis of the upper base of the graded crushed stone [J].JournalofCivilEngineeringShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience),2011,37(1):64-69.

[6] 鄒玲.瀝青混合料熱物性參數(shù)研究[D].西安:長安大學(xué),2011:54-57. ZOU Ling.ResearchonThermalPhysicalParametersofAsphaltMixture[D].Xi’an: Chang’an University,2011: 54-57.

[7] 胡小弟,孫立軍.實(shí)測重型貨車輪載作用下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,34(1):64-68. HU Xiaodi,SUN Lijun.Measuring tire ground pressure distribution of heavy vehicle [J].JournalofTongjiUniversity(NaturalScience),2006,34(1): 64-68.

[8] 胡小弟.輪胎接地壓力分布實(shí)測及瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2003. HU Xiaodi.MeasuringDistributionofTireGroundPressureandStressResponseAnalysisofAsphaltPavementUsingThoseResults[D].Shanghai: Tongji University,2003.

[9] 崔鵬,邵敏華,孫立軍.長壽命瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)研究[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2008,8(3):37-42. CUI peng,SHAO Minhua,SUN Lijun.Research on design indices of perpetual asphalt pavement [J].JournalofTrafficandTransportationEngineering,2008,8(3): 37-42.

[10] 畢玉峰,孫立軍.瀝青混合料抗剪試驗(yàn)方法研究[J]同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,33(8):1036-1040. BI Yufeng,SUN Lijun.Research on test method of asphalt mixture’s shearing properties [J].JournalofTongjiUniversity(NaturalScience),2005,33(8):1036-1040.

3D Finite Element Analysis on Coupling Field of Semi-Rigid AsphaltPavement Structure in Turpan

SHEN Aiqin, WANG Ligen, WAN Chen’guang, GU Pinpin

(School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, P.R.China)

Based on the serious problems of rutting and transverse cracks on semi-rigid asphalt pavement in Turpan, the analysis on the mechanical response of the semi-rigid asphalt pavement in coupling field was carried out. The three-dimensional finite element model of semi-rigid asphalt was established by ANSYS finite element software. The temperature load such as solar radiation heat was applied and the vehicle load was also applied at the same time. The mechanical response of Turpan semi-rigid asphalt pavement in coupling field was researched, which was aimed to provide some suggestions for designation of semi-rigid base asphalt pavement structure in Turpan. Analysis results show that the thickness of asphalt layer has a significant impact on the shear stress of the asphalt layer and tensile stress of the semi-rigid basement, and it is suggested that the asphalt layer thickness value in Turpan is 16cm～18cm; the maximum shear stress of the asphalt layer and the maximum tensile stress of the semi-rigid basement occur in the range of 7～13 o’clock, which are increased by 4.5% and 5.8% respectively.

highway engineering; semi-rigid asphalt pavement; the finite element analysis; temperature field; coupling field

2014-12-28；

2015-01-30

申愛琴(1957—),女,陜西西安人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事道路工程方面的研究。E-mail: saq6305@163.com。

王禮根(1990—),男,安徽六安人，碩士研究生，主要從事路面工程方面的研究。E-mail:18182445303@163.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.01.08

U416.01

A

1674-0696(2016)01-040-06