交通载荷作用下沥青路面结构力学性能分析

摘要

随着中国科学技术和经济的快速发展，高速公路的发展已经进入了一个新的时代，沥青路面的使用越来越广泛，沥青路面已成为中国公路路面结构的主要形式。但交通量的增加，车辆在行驶中由于路面不平度对路面产生的振动等对沥青路面的损害和路面质量及寿命的影响也越来越严重，因此有必要研究交通荷载作用下沥青路面的力学性能。
　　针对以上的问题，本文首先对交通荷载进行数据处理然后建立沥青路面三维模型，应用三维动力有限元方法，采用ANSYS有限元软件分析了沥青路面在交通荷载作用下的动力响应，并对数据进行了分析。本文所做的主要工作如下:
　　1)车辆动荷载理论计算。基于路面不平整条件下车路相互作用动力分析，建立车辆路面系统动力平衡方程，利用数学软件Matlab编程模拟不同等级路面不平整度值，编写中心差分法程序对平衡方程进行计算，得到不同路面等级下随机行车动荷载；
　　2)将所研究的沥青路面结构使用路面路基三维模型进行建模，交通荷载简化为由计算得到的移动荷载的最大动荷载作用在不平整路面上，利用ANSYS软件对路面和道路基层的动力响应进行分析；
　　3)考虑半刚性路基材料（水泥稳定砂）性能劣化沥青路面力学性能研究，水泥稳定砂在疲劳损伤后的力学性能变化。由于水泥稳定砂砾基层的力学性能劣化，沥青路面的应力应变会受到很大的影响。针对这种情况，采用ANSYS有限元分析软件，分析了在水泥稳定砂基层力学性能劣化的影响下，荷载对层状沥青路面应力和变形的影响，并对行车荷载对沥青路面的影响作了深入分析。

目录

1.绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

2.车辆与路面相互作用理论分析

2.1弹性层状体系的基本理论

2.2路面随机不平度频域模型

2.3随机路面不平度的模拟

2.4车辆模型动力平衡方程理论分析

2.5路面模型动力平衡方程理论

2.6随机路面车辆动荷载

2.7车辆动荷系数分析

3.沥青路面结构的力学分析理论

3.1弹性本构模型

3.2弹塑性阶段[22]

3.3粘弹性理论基础

4.沥青路面结构的有限元分析

4.1有限元法理论和方法

4.2动力分析简介[32-34]

4.3沥青路面结构单元介绍

4.4路面结构分析

4.5路面结构三维有限元模型的建立

4.6沥青路面计算结果分析

5.考虑半刚性路基材料（水泥稳定砂）力学性能弱化沥青路面响应研究

5.1水泥稳定砂应用

5.2水泥稳定砂力学性质

5.3水泥稳定砂性能劣化对半刚性路面的影响

5.4建模及计算分析

6.结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献