凌建明， 朱立國(guó)

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，上海 201804)

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高胎壓下機(jī)場(chǎng)環(huán)氧瀝青道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析

凌建明， 朱立國(guó)

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，上海 201804)

新一代飛機(jī)(B787和A350/380)輪胎充氣壓力普遍達(dá)到了1.5 MPa，這進(jìn)一步加劇了重載高胎壓對(duì)瀝青道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，而熱固性環(huán)氧瀝青混合料因其優(yōu)異的力學(xué)性能成為重載高胎壓條件下的理想選擇.基于ABAQUS建立了考慮豎向接觸應(yīng)力不均勻分布的機(jī)場(chǎng)環(huán)氧瀝青道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)三維有限元模型，并利用現(xiàn)場(chǎng)足尺加速加載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證.在此基礎(chǔ)上，就接觸應(yīng)力分布、輪胎充氣壓力大小、溫度場(chǎng)分布和道面結(jié)構(gòu)材料特性等因素對(duì)道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響進(jìn)行了分析.結(jié)果表明：不均勻接觸應(yīng)力增大了道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)量；重載高胎壓條件下，從減少車轍和開(kāi)裂的角度而言，環(huán)氧瀝青鋪裝材料較瀝清瑪蹄脂混合料具有更好的適用性，但要注意防止中、下面層的塑性變形累積和環(huán)氧瀝青層底的彎拉疲勞開(kāi)裂.

胎壓； 不均勻分布； 有限元； 車轍； 開(kāi)裂

瀝青道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)及性能衰變規(guī)律受荷載條件的影響顯著，在公路和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道領(lǐng)域，許多學(xué)者針對(duì)荷載大小及作用頻率、輪胎充氣壓力和三向不均勻接觸應(yīng)力等因素進(jìn)行了分析[1-3].Machemehl[4]等的分析結(jié)果表明隨著卡車輪胎充氣壓力的增大，瀝青層層底的彎拉應(yīng)力增大，進(jìn)而導(dǎo)致道面疲勞壽命的縮短.與卡車輪胎相比，飛機(jī)輪胎載重更大且充氣壓力普遍介于1.2～1.5 MPa之間，因此，其更易引起道面結(jié)構(gòu)性能的加速衰變.此外，新一代飛機(jī)(B787和A350/380)的輪胎充氣壓力普遍超過(guò)了1.5 MPa，這進(jìn)一步加劇了重載高胎壓對(duì)瀝青道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響.

在重載和高胎壓條件下，輪胎與道面的接觸應(yīng)力在空間分布上也呈現(xiàn)出顯著的非均勻性，大量實(shí)測(cè)結(jié)果表明隨著載重的變化，飛機(jī)輪胎邊緣的豎向接觸壓力高達(dá)輪胎充氣壓力的1.5～3倍[5-8].Wang[9]基于有限元模型的分析結(jié)果表明高胎壓條件下不均勻接觸應(yīng)力會(huì)引起更大的表面剪應(yīng)變、壓應(yīng)變和偏應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致更大的車轍深度.Fabre[10]等也強(qiáng)調(diào)在分析高胎壓對(duì)上面層的影響時(shí)需要著重考慮豎向接觸應(yīng)力的不均勻分布.實(shí)際上，輪胎-道面接觸應(yīng)力不均勻分布會(huì)在道路表面附近引發(fā)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，加劇了top-down開(kāi)裂，near-surface開(kāi)裂和車轍的產(chǎn)生[11].因此，重載高胎壓條件下需要尋找具備高穩(wěn)定度高抗剪強(qiáng)度的面層鋪裝材料.

熱固性環(huán)氧瀝青混合料具有優(yōu)越的力學(xué)性能，兼顧了普通瀝青道面和水泥混凝土道面的雙重優(yōu)勢(shì)，在鋼橋面鋪裝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道領(lǐng)域，為提高道面的耐腐蝕性和耐高溫尾噴，1959年美國(guó)空軍基地首次應(yīng)用[12]，但由于技術(shù)不成熟和成本高昂，推廣應(yīng)用受到了限制.隨著新一代飛機(jī)的不斷投入運(yùn)營(yíng)，環(huán)氧瀝青鋪面材料由于其強(qiáng)度高、耐久性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又逐漸回到了人們的視野中.冉武平[13]在國(guó)內(nèi)首次針對(duì)機(jī)場(chǎng)新建環(huán)氧瀝青道面和“白+黑”復(fù)合道面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)足尺加速加載研究，對(duì)道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)和性能衰變規(guī)律進(jìn)行了探索.

本文建立了高胎壓條件下考慮豎向接觸應(yīng)力不均勻分布的機(jī)場(chǎng)環(huán)氧瀝青道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)三維有限元模型，并利用現(xiàn)場(chǎng)足尺加速加載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證.在此基礎(chǔ)上，就接觸應(yīng)力分布、輪胎充氣壓力大小、溫度場(chǎng)分布和道面結(jié)構(gòu)材料特性等因素對(duì)道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響進(jìn)行了分析.分析結(jié)果有助于明確新一代飛機(jī)高胎壓下環(huán)氧瀝青道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)和性能衰變規(guī)律，同時(shí)也為環(huán)氧瀝青道面鋪裝材料在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)行了理論探索.

1 輪胎-道面不均勻接觸壓力

輪胎-道面豎向接觸應(yīng)力分布存在顯著非均勻性，許多學(xué)者利用傳感器進(jìn)行了大量實(shí)測(cè)工作，其中包括了針對(duì)航空輪胎的測(cè)試.本文參照空客高胎壓技術(shù)組Rolland[8]重載條件下的測(cè)試結(jié)果，假定豎向接觸應(yīng)力沿縱向成半正弦分布，如圖1a所示,橫向分為5個(gè)條帶，邊緣2個(gè)條帶的峰值應(yīng)力等于輪胎充氣壓力的2.5倍，中間3個(gè)條帶的峰值應(yīng)力等于充氣壓力的1.2倍[9]，飛機(jī)輪胎-道面豎向接觸應(yīng)力分布一般表現(xiàn)為中間小、兩側(cè)大，中間條帶接觸壓力較小，兩側(cè)條帶接觸壓力較大，這與汽車輪胎-道面豎向接觸應(yīng)力的分布恰恰相反.鑒于輪胎側(cè)壁提供的橫向剛度遠(yuǎn)高于輪胎縱向剛度，分析中假定隨著輪胎充氣壓力的增大，橫向接觸寬度保持不變，縱向接觸長(zhǎng)度逐漸減小.

本文分析中單輪荷載約為270 kN，輪胎充氣壓力分為1.45 MPa和1.69 MPa兩級(jí)，輪印接觸區(qū)域參照NAPTF(National Airport Pavement Test Facility)的測(cè)試結(jié)果[9].同時(shí)為了進(jìn)行對(duì)比，另假定接觸區(qū)域內(nèi)豎向接觸應(yīng)力均勻分布且等于充氣壓力，如圖1b所示，接觸區(qū)域和接觸應(yīng)力匯總于表1.

a非均勻分布b均勻分布

表1 輪印接觸區(qū)域及豎向接觸應(yīng)力分布

2 三維有限元模型及驗(yàn)證

2.1 模型幾何特征

利用ABAQUS建立了機(jī)場(chǎng)環(huán)氧瀝青道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析三維有限元模型，選擇足尺加速加載測(cè)試中新建道面的結(jié)構(gòu)組合形式如圖2所示，建立的有限元模型幾何形式如圖3所示.模型選用八節(jié)點(diǎn)線性縮減積分單元(C3D8R)，為減小模型尺寸同時(shí)防止界面處波的反射對(duì)道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析的影響，使用無(wú)限單元(CIN3D8)作為邊界條件.為了平衡計(jì)算精度和計(jì)算代價(jià)，輪跡帶加載區(qū)域網(wǎng)格劃分較為細(xì)密，遠(yuǎn)離加載區(qū)域網(wǎng)格劃分則逐漸變粗.加載區(qū)域沿橫向的網(wǎng)格劃分依據(jù)輪胎-道面接觸區(qū)域來(lái)確定；加載區(qū)域縱向(行駛方向)長(zhǎng)度為1.4 m，縱向網(wǎng)格步長(zhǎng)為0.02 m.面層單元厚度為0.01～0.02 m，基層單元厚度為0.05～0.10 m，土基單元厚度為0.20～0.40 m.文獻(xiàn)[14]建議無(wú)限單元邊界距離荷載作用中心點(diǎn)宜為0.76～1.2 m，因此，最終選定的模型尺寸為3×3×2 m3.

圖2 足尺加速加載斷面結(jié)構(gòu)形式

圖3 有限元模型俯視圖和側(cè)視圖

2.2 隱式動(dòng)力分析及結(jié)構(gòu)阻尼

動(dòng)力分析可以采用隱式或顯示積分法，對(duì)于類似飛機(jī)荷載作用下的道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題采用隱式分析方法通常更為有效[15-16]，即

(1)

由于在外部荷載作用下，僅部分低階模態(tài)被激發(fā)，因此分析時(shí)可以忽略更高階頻率對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響.同時(shí)為了兼顧收斂性和計(jì)算精度的要求，臨界時(shí)間增量步可按照下述方法[17]確定：依據(jù)荷載速度確定最高加載頻率ωu；時(shí)間增量步t約等于0.05T，其中T=2π/ωco，ωco=4ωu，ωco為動(dòng)力分析中的臨界頻率.

(2)

(3)

(4)

(5)

2.3 不均勻移動(dòng)荷載的模擬

足尺加速加載測(cè)試采用單輪荷載，使用的是卡車輪胎，輪胎充氣壓力為1 MPa，載重50 KN，如圖4所示.縱向仍假定為半正弦分布，橫向分為5個(gè)條帶，不同于重載條件下航空輪胎接觸區(qū)域分布狀況，卡車輪胎接觸區(qū)域中間條帶較長(zhǎng)，而邊緣條帶略短，假定兩端各短一個(gè)單元[3].肋骨寬度根據(jù)實(shí)測(cè)確定，依次為4.7，3.4和3.4 cm.參照De Beer[21]對(duì)相近輪胎的研究，假定中間三個(gè)條帶峰值應(yīng)力近似為1.8倍充氣壓力，邊緣兩個(gè)條帶近似為1.5倍充氣壓力.由此便可反算獲得輪印空間分布的簡(jiǎn)化假定模型.

圖4 加速加載測(cè)試輪胎

為了模擬不均勻移動(dòng)荷載，橫向劃分為5個(gè)條帶，單元縱向長(zhǎng)0.02 m，加載速度為6 m·s-1，則每個(gè)單元加載時(shí)間為0.0033 s.在ABAQUS中，通過(guò)DLOAD子程序?qū)崿F(xiàn)不均勻接觸應(yīng)力的施加和移動(dòng)，即調(diào)用內(nèi)部坐標(biāo)函數(shù)COORDS(*)對(duì)圖中不同單元施加大小不同的豎向接觸應(yīng)力，然后利用內(nèi)部時(shí)間函數(shù)Time(*)實(shí)現(xiàn)荷載的移動(dòng)，并利用Time(*)函數(shù)與設(shè)定的行車速度的乘積實(shí)現(xiàn)加載步長(zhǎng)的控制.當(dāng)網(wǎng)格劃分的足夠精細(xì)，荷載在每一個(gè)單元上停留的時(shí)間足夠短，可以認(rèn)為施加的荷載是連續(xù)的移動(dòng)荷載.

2.4 模型驗(yàn)證

(6)

基層及土基模量利用彎沉測(cè)試數(shù)據(jù)反演獲得，各結(jié)構(gòu)層溫度則通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)的PT100溫度傳感器近似確定.FWD荷載為加載頻率33 HZ的半正弦波沖擊荷載，因此，反演獲得的其實(shí)是結(jié)構(gòu)的“準(zhǔn)靜態(tài)”模量，其一般顯著高于材料的靜態(tài)模量.王旭東[18]利用模量反算方法得到的半剛性基層材料動(dòng)態(tài)模量范圍為：2 000～8 000 MPa.本文上、下基層的計(jì)算參數(shù)分別為5 000 MPa和2 000 MPa，最終確定的模型參數(shù)如表2所示.分析過(guò)程中，假定瀝青層之間、基層和土基之間均處于完全綁定狀態(tài)，下面層和上基層之間為庫(kù)倫摩擦，摩擦系數(shù)取為1.

表2 有限元模型材料參數(shù)

模型驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示.由圖5可知：有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果時(shí)程變化趨勢(shì)基本一致，幅值接近，應(yīng)變峰值相對(duì)誤差約為15%.兩者測(cè)試結(jié)果的不同可能是由輪胎-道面接觸應(yīng)力分布假定、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)和數(shù)據(jù)采集、有限元中未考慮面層材料的粘性、室內(nèi)試驗(yàn)獲取的材料參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)并不完全一致等因素造成.總體來(lái)看，本文所建立的三維有限元模型的分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)響應(yīng)規(guī)律基本一致，可用于不均勻移動(dòng)荷載作用下道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的分析.

3 結(jié)果分析

3.1 胎壓及輪胎-道面接觸應(yīng)力分布的影響

將表1中輪胎-道面均布和非均布荷載施加給第2節(jié)所建立的有限元模型，輪胎充氣壓力分別取1.45/1.69 MPa.選取層底彎拉應(yīng)力(主要引發(fā)bottom-up裂縫)、剪應(yīng)變和壓應(yīng)變(主要引起車轍、top-down裂縫和near-surface裂縫)進(jìn)行比較分析，其中1,2,3分別對(duì)應(yīng)圖3中的x,y,z方向，荷載沿x軸負(fù)向行駛，即E11為縱向彎拉應(yīng)變、E22為橫向彎拉應(yīng)變、E33為豎向壓應(yīng)變、E13和E23分別為平行和垂直于行駛方向的剪應(yīng)變.

圖5 環(huán)氧瀝青層底縱向應(yīng)變實(shí)測(cè)值與計(jì)算值

a 均勻分布

b 非均勻分布

以環(huán)氧瀝青層底應(yīng)變?yōu)槔瑢?duì)輪跡帶內(nèi)應(yīng)變橫向分布進(jìn)行分析.結(jié)果表明，1.45/1.69 MPa兩個(gè)級(jí)位的充氣壓力下環(huán)氧瀝青層底應(yīng)變的橫向分布規(guī)律表現(xiàn)一致.將1.45 MPa胎壓下的計(jì)算結(jié)果繪于圖6，分析圖6得到的主要結(jié)論如下:

(1)層底縱向彎拉應(yīng)變E11峰值出現(xiàn)在輪印中心，而橫向彎拉應(yīng)變E22峰值出現(xiàn)在靠近輪胎邊緣第一個(gè)肋骨內(nèi).非均布接觸應(yīng)力假設(shè)條件下，E22增大了2.48倍而E11變化相對(duì)較小，且E22峰值顯著大于E11.因此，對(duì)于環(huán)氧瀝青層底應(yīng)重點(diǎn)考察橫向彎拉應(yīng)變，且非均布假設(shè)條件下環(huán)氧瀝青層底更易發(fā)生疲勞開(kāi)裂.

(2)均布假設(shè)條件下，環(huán)氧瀝青層底豎向壓應(yīng)變E33在輪印中部基本保持不變，但在輪印邊緣突然減小.在非均布假設(shè)條件下，E33產(chǎn)生了多個(gè)峰值，且幅值達(dá)到均布假設(shè)條件下的2.13倍.

(3)剪應(yīng)變E23峰值均出現(xiàn)在輪胎邊緣，E23大于E13，在均布和非均布假設(shè)條件下兩者比值分別為1.20和2.98.非均布較均布假設(shè)條件下，E23峰值增大了1.03倍，而E13減小了18%.

為進(jìn)一步分析接觸應(yīng)力不均勻分布帶來(lái)的影響，將剪應(yīng)變沿面層厚度的分布狀況繪于圖7.由圖7可知，兩種胎壓條件下，輪胎-道面接觸應(yīng)力不均勻分布帶來(lái)的影響規(guī)律一致，即各層位的剪應(yīng)變E23增大且隨著胎壓增大影響更為顯著，而E13略有減小.E23較E13受不均勻分布假定的影響更為明顯，但在下面層兩者所受影響較小.

非均布接觸應(yīng)力分布假設(shè)條件下， E23峰值上移至中面層頂部，而E13峰值仍出現(xiàn)在中面層底部.然而，從平面位置看，不均勻接觸壓力下E13峰值出現(xiàn)在輪胎邊緣附近，而均布接觸壓力下出現(xiàn)在輪胎中心區(qū)域.

綜合來(lái)看，在輪胎-道面非均布接觸應(yīng)力假設(shè)條件下，環(huán)氧瀝青層底彎拉應(yīng)力顯著增大，而面層表面附近的應(yīng)力狀態(tài)變得更為復(fù)雜.輪胎邊緣的高接觸應(yīng)力引起局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致深度10 cm范圍內(nèi)的剪應(yīng)變?cè)龃?，且其絕對(duì)值大于彎拉應(yīng)變峰值，進(jìn)而加劇了near-surface開(kāi)裂和top-down開(kāi)裂.

在上文分析的基礎(chǔ)上，提取臨界部位不同深度處的應(yīng)變，將非均布荷載作用下的結(jié)果繪于圖8.分析圖8可知，不同胎壓條件下，應(yīng)變沿面層深度的分布規(guī)律一致，且隨著輪胎壓力的增大，各層應(yīng)變均有所增大. 各應(yīng)變均在深度4.75 cm處產(chǎn)生拐點(diǎn)，1.69 MPa較1.45 MPa胎壓條件下，該層位應(yīng)變E22、E33和E23分別增大13.4%、16.9%和14.4%.特別的，剪應(yīng)變E23存在兩個(gè)峰值，且均位于AC-20層，高溫環(huán)境中在荷載的反復(fù)作用下該層位極易產(chǎn)生強(qiáng)度衰減和過(guò)量的塑性變形累積，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)氧瀝青層底彎拉應(yīng)力的增大，加劇道面結(jié)構(gòu)的整體疲勞破壞，引起道路使用性能和耐久性下降，這作為道面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制的關(guān)鍵， 應(yīng)引起關(guān)注.

a 1.45 MPa

b 1.69 MPa

圖8 臨界應(yīng)變豎向分布

進(jìn)一步分析橫向彎拉應(yīng)力S22可知，沿厚度方向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在環(huán)氧瀝青層層底.這主要是由于環(huán)氧瀝青為熱固性材料，其動(dòng)模量受溫度影響相對(duì)較小，在試驗(yàn)溫度場(chǎng)條件下形成了上面層、下面層模量高，而中面層模量低的典型道面結(jié)構(gòu)組合， 使得環(huán)氧瀝青層底部產(chǎn)生顯著的彎拉應(yīng)力.實(shí)際運(yùn)營(yíng)中道面bottom-up裂縫的產(chǎn)生會(huì)隨道面厚度的增加而顯著減小，因此，壓應(yīng)變和剪應(yīng)變引起的路表附近的車轍和top-down裂縫更加需要關(guān)注.

3.2 溫度場(chǎng)分布的影響

將表2中面層溫度場(chǎng)分布進(jìn)行倒置，同時(shí)忽略溫度對(duì)基層和土基材料參數(shù)的影響，即上、中、下面層溫度分別取44,50和55 ℃，對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)模量分別為1 900,450和450 MPa.移動(dòng)荷載采用非均布假設(shè)，輪胎充氣壓力取1.45/1.69 MPa，將應(yīng)變沿厚度的分布狀況繪于圖9.

圖9 假定溫度條件下臨界應(yīng)變豎向分布

由圖8和圖9可知，假定溫度條件下E22和E33峰值仍出現(xiàn)在深度4.75 cm處，但較足尺試驗(yàn)溫度條件下減小10%左右.E23峰值也出現(xiàn)在深度4.75 cm處，隨深度增加，中面層和下面層內(nèi)剪應(yīng)變值先增大后減小，且總體處于較高水平，說(shuō)明中下面層內(nèi)易產(chǎn)生較大的塑性變形，進(jìn)而導(dǎo)致底部彎拉應(yīng)力的增大.在假定溫度條件下，胎壓越高，臨界應(yīng)變值越大，這與3.1節(jié)規(guī)律一致，說(shuō)明高胎壓對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響與溫度場(chǎng)分布無(wú)關(guān)，但影響程度略有差別.1.69 MPa胎壓條件下，E22,E33和E23較1.45 MPa下分別增大12.6%,16.8%和16.0%.

進(jìn)一步分析環(huán)氧瀝青層層底彎拉應(yīng)力可知，假定溫度場(chǎng)下，高低胎壓對(duì)應(yīng)的彎拉應(yīng)力峰值分別達(dá)到1.36 MPa和1.55 MPa，較足尺試驗(yàn)溫度場(chǎng)下顯著增大，說(shuō)明在上面層模量大大高于中下面層模量的結(jié)構(gòu)層組合條件下，極易在環(huán)氧瀝青層底部引起彎拉疲勞開(kāi)裂.

3.3 上面層材料類型的影響

將表2中上面層材料替換為SMA-13，中面層及以下道面結(jié)構(gòu)保持不變.SMA-13的參數(shù)取值參照姚連軍[23]的測(cè)試結(jié)果，模型分析中近似取為500 MPa.移動(dòng)荷載采用非均布假設(shè)，輪胎充氣壓力取1.45/1.69 MPa，將應(yīng)變沿厚度的分布狀況繪于圖10.

由圖10可知，臨界應(yīng)變最不利位置上移至2.5 cm處，即SMA層，且E22,E33和E23峰值較3.1節(jié)顯著增大，增大幅度均在20%以上，說(shuō)明在高胎壓條件下SMA上面層極易產(chǎn)生車轍和表層開(kāi)裂.從防止車轍和top-down開(kāi)裂的角度而言，環(huán)氧瀝青鋪裝材料具有更好的適用性.高胎壓較低胎壓條件下，E22,E33和E23分別增大15.2%,16.4%和15.8%，說(shuō)明高胎壓對(duì)環(huán)氧瀝青道面和SMA瀝青道面的影響規(guī)律一致，影響程度非常接近.

圖10 SMA道面臨界應(yīng)變豎向分布

4 結(jié)論與展望

主要結(jié)論如下：

(1)機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析中有必要考慮豎向接觸應(yīng)力的不均勻分布，特別是在新一代飛機(jī)高胎壓條件下，輪胎-道面接觸應(yīng)力不均勻分布帶來(lái)的影響不能忽略.

(2)對(duì)于不同溫度場(chǎng)和面層材料，胎壓增大均導(dǎo)致彎拉應(yīng)變、剪應(yīng)變和壓應(yīng)變有不同程度的增大，即高胎壓加劇了道面的疲勞開(kāi)裂、top-down開(kāi)裂和車轍發(fā)展，加速道面性能衰變.

(3)SMA做上面層時(shí)，較環(huán)氧瀝青，應(yīng)變峰值出現(xiàn)位置上移且應(yīng)變值增大20%以上，因而環(huán)氧瀝青鋪裝材料可以更好的防止道面產(chǎn)生車轍和“top-down”裂縫.

(4)環(huán)氧瀝青道面上面層模量大、中下面層模量小的典型道面結(jié)構(gòu)組合，使得荷載反復(fù)作用下中面層和下面層易發(fā)生塑性變形的累積，而環(huán)氧瀝青層層底則易產(chǎn)生彎拉疲勞開(kāi)裂.因此，建議將環(huán)氧瀝青層層底的彎拉疲勞開(kāi)裂和中下面層的塑性變形納入設(shè)計(jì)指標(biāo).

本文研究成果有助于明確新一代飛機(jī)高胎壓條件下環(huán)氧瀝青道面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及性能衰變規(guī)律，有益于其在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道工程中的進(jìn)一步應(yīng)用.然而，分析中并未考慮面層材料的粘彈性及起落架的多倫疊加效應(yīng)，也未就層間接觸條件、層厚、輪胎類型和荷載級(jí)位等因素對(duì)道面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響展開(kāi)分析.

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Dynamic Response Analysis of Airfield Epoxy Asphalt Pavement Under High Tire Inflation Pressure

LING Jianming， ZHU Liguo

(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education，Tongji University， Shanghai 201804， China)

The aircrafts of new generation, like Boeing 787 and Airbus 350/380, have tire inflation pressure up to 1.5 MPa, which increases the effects of aircrafts with heavy gross weights on pavement response. The epoxy asphalt pavement becomes an ideal choice due to its excellent mechanical properties. A 3-D finite element model of airfield epoxy asphalt pavement under non-uniform moving aircraft tire loads was established by ABAQUS and it was validated with field measurements of accelerated pavement test. The effects of tire-pavement contact stress distribution, tire inflation pressure, different temperature profiles and material characteristics were discussed with the finite element model. The results indicated that non-uniform distribution of tire-pavement contact stress increased pavement strains; epoxy asphalt pavement was a better choice in terms of decreasing rutting and cracking under heavy aircraft loads; however, fatigue cracking of the bottom of epoxy asphalt layer and permanent deformation of the AC layer should be emphasized.

tire inflation pressure； non-uniform distribution； finite element； rutting； cracking

2016-03-09

國(guó)家自然科學(xué)基金(U1433201,51278364)

凌建明(1966—)，男，教授，博士生導(dǎo)師,工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)榈缆放c機(jī)場(chǎng)工程. E-mail：jmling@#edu.cn

朱立國(guó)(1988—)，男，博士生，主要研究方向?yàn)榈缆放c機(jī)場(chǎng)工程. E-mail：lgzhu08@126.com

U416.216

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