曾 涓

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074)

0 引言

瀝青路面除了承受車輪的荷載作用，還會因內部溫度場變化發(fā)生破壞。瀝青路面結構應力主要包括荷載應力和溫度應力。目前，對路面溫度應力的研究主要通過有限元數(shù)值模擬分析方法，通過ABAQUS等有限元軟件可以方便的對路面結構劃分網格、簡化作用在路面的荷載并進行數(shù)值模擬，但因輪胎與路面非均勻接觸時的壓力、輪胎的曲線足跡、輪跡的橫向分布等因素考慮不同，其模擬結果也存在較大差異[1-4]。本文通過ABAQUS軟件模進行路面結構應力分布和溫度應力分布，分析瀝青路面受力情況。

1 有限元模型的建立

1.1 網格劃分

根據(jù)溫度場理論，通過Fortran語言編寫DFLUX子程序。通過ABAQUS有限元軟件建立2D模型，采用等參八節(jié)點四邊形平面應變單元CPE8R，模型長3.75m，高3m[2]。模型網格劃分如圖1所示。邊界約束條件為：下邊界處x，y方向位移為0；左右邊界處x方向位移為0；上邊界處為自由邊，不受約束。

圖1 有限元模型網格劃分

圖2 路面結構組合

1.2 路面結構及荷載參數(shù)

路面結構模型采用半剛性基層瀝青路面，路面結構如圖 2所示。問了便于計算，瀝青面層、水穩(wěn)碎石層和級配碎石層的熱傳導率分別為4600（W/(m·K)）、5616（W/(m·K)）和 5000（W/(m·K)）；瀝青層、水穩(wěn)碎石層和水穩(wěn)層回彈模分別為1000MPa、1500 MPa和300 MPa，泊松比均取0.3。有限元分析時，將雙圓均布標準荷載100kN進行簡化，如表1所示。

2 計算結果與分析

2.1 荷載應力分析

根據(jù)ABAQUS計算結果，路面結構應力云圖如圖3～圖5所示。

圖3 路面結構正應力云圖

圖4 路面結構拉應力云圖

圖5 路面結構剪應力結構云圖

由圖3～圖5可知，路面面層主要受壓應力，其中最大壓應力出現(xiàn)在道路表面大小為0.097MPa。壓應力在向路面深處傳遞過程中逐漸減小，最終過渡到受拉狀態(tài)，因此最大拉應力位于底基層，大小為0.091MPa，土基應力響應可忽略不計。最大剪應力出現(xiàn)在道路表面，大小為0.109MPa，主要集中在兩個荷載圓之間。

2.2 溫度應力分析

引入溫度場后，可觀察不同時刻下各結構層內部的溫度變化以及熱量傳遞狀況，半剛性基層瀝青路面內部溫度變化及熱量傳遞狀況如圖6，7所示。

圖6 各結構層溫度

圖7 熱量傳遞

從圖6圖7可以看出，路面熱量傳遞為面層至基層，其中最高溫度為33.12℃，位于上面層中部，遠遠高于大氣溫度，這是由于路面對太陽輻射的吸收率遠高于空氣。路表面的溫度變化受氣溫影響極大，隨著結構層厚度的增加，熱量傳遞速率逐漸減慢。

3 結論

（1）在輪載作用下，瀝青面層主要受壓應力，且壓應力向路面?zhèn)鬟f過程中逐漸減小，逐漸過渡到拉應力，最大拉應力出現(xiàn)在基層處；最大剪應力在路面表面，位于兩個輪載之間。

（2）路面熱量從面層傳遞至基層，最高溫出現(xiàn)在距離路表3-5cm，熱量傳遞速率隨著結構層深度的增加而減小。