王旭

(中交路建交通科技有限公司,北京 100121)

目前,高速公路和干线公路交通任务繁重,重载交通突出；超载现象普遍存在,许多地区载重汽车的超载率平均超过50%。载重汽车的超载运输使车辆的轴载超出限制值,轮胎气压、轮胎与路面的接触面积和接地压强增大,导致公路出现不同程度损坏,很多公路的使用寿命达不到设计年限,甚至出现“今年修、来年坏”的现象。为明确沥青路面的破坏机理,预防重载对沥青路面的早期损坏,降低养护和二次建设费用,该文利用有限元分析软件ABAQUS,从力学角度建立半刚性基层沥青路面弹性模型,定量分析重载交通对沥青路面使用性能的影响。

1 理论基础

1.1 重载讨论

实际上,轮胎和路面的作用面积不是圆形而是椭球形,可近似看成由2个半圆和1个矩形组成。为了在有限元中方便确定加载区域,根据面积相等的原则,将其简化成1个宽为0.6L的矩形(见图1)。

图1 荷载作用示意图

根据比利时轴压比与轴载比的经验公式[见式(1)、式(2)],分别计算单轴双轮轴重为100 kN,超载率 为 30%、50%、80%、100%、150%、200% 时 的接地面积、接地半径和接地压强,结果见表1。

式中：A为轮胎接地面积；P为每个轮胎的荷载；Pi、Ps分别表示换算接地压强和标准接地压强0.7 MPa；PI、PS分别表示换算轴重和标准轴重100 kN。

表1 不同重载下等效矩形的长和宽

1.2 数值模拟计算

采用典型的半刚性基层沥青路面结构形式建立有限元模型,路面结构参数见表2。为方便建立模型,加载区域采用矩形。

初步计算发现,模型尺寸只要大于3倍双轮加载间距即可满足精度要求。……