文摘
沥青路面的性能是由其材料特性的结合,道路结构和加载配置。民主党的数值模拟研究来确定沥青路面的应力分布和变形行为与级配骨料基本标准的交通载荷作用下。压力等高线和位移等值线通过一个白手起家的计划。压应力集中区域位于两边的轮子,当拉应力集中区域出现在降低沥青层的一部分。交通荷载转移向下通过级配骨料基地和双方在同一时间,并有逐渐扩大趋势与级配骨料基地内增加深度。因此,应力分布在路基土层与一个伟大的行动范围,而价值降低了明显的压力分散级配骨料基地。垂直位移是主要的沥青层的位移,双方的交通荷载,位移略向下,倾向于加载的中央。垂直和水平变形包括两级配骨料基地层,和位移逐渐扩展到双方随着深度增加相应的应力分布趋势。垂直位移主要是在路基土层相对较小。
1。介绍
在建造和改建公路,大约90%的中国asphalt-surfaced人行道,人行道和路基的半刚性的基础。然而,随着路基是广泛使用,有一些问题逐步出现,并受重复交通荷载,过早失败,和更低的维护在人行道上的生命周期(1- - - - - -4]。常见的困境模式在人行道上疲劳开裂和车辙降低路面的使用寿命。这是一个现象,路面设计和维护工程师脱沥青柔性路面不得不面对多年来(5- - - - - -8]。引发的疲劳开裂和车辙的主要渗透雨水流入路基基础,已发现负责过早失败(8,9]。
一系列的调查级配骨料基材的力学性能(指组装的颗粒材料建设公路基础层)独自执行(10- - - - - -15满足工程需要,motonic和循环加载条件下。然而,人行道上的行为是复杂的,取决于许多因素,如轴/轮加载配置,使用的材料,层的厚度和环境条件(16]。Mechanistic-empirical设计方法使用大大简化模型(17),现在搬到更mechanistic-based方法(10,18]。路面结构的应力水平在每一层是由负载的大小决定的,个人和结合层厚度和层材料属性(16,19]。和长期稳定的人行道上只能达到一个正确设计和建造系统,包括所有路面结构组件和充分理解他们的交互6,20.]。因此,必须研究路面通过考虑其结构稳定性。摘要提出了一种离散单元法(DEM) (21- - - - - -23)数值模拟研究,以确定沥青路面的应力分布和变形行为与级配骨料基本标准的交通载荷作用下。和应力和位移轮廓来描述他们视觉上通过一个白手起家的程序,提供趋势的压力和位移定量。随后,变形性能和应力分布的比较来验证层之间的相互作用,特别是级配骨料基地。方法和结论提供一个有用的工具和指导路面结构设计工程。
2。建模过程
多年来,民主党是广泛应用于模拟去掉骨头的粒状材料的力学性能(24- - - - - -27]。和颗粒流代码(PFC)已经成功地用来研究颗粒材料的力学行为,特别是对铁路压载(28- - - - - -30.]。数值软件土坡是用于研究级配骨料,包括粒子,和对路面变形的影响。然而,必须指出的是,计算效率显著降低粒子增加,这也是缺点,几乎所有的颗粒流模型。此外,民主党担忧微观力学行为与一个小研究对象的范围。因此,采用了一种简化的模型来获得可靠和高效的计算结果,如下。
2.1。简化
由于上述原因,对象必须精心策划并成功进行的。首先,良好的粒子控制提供有效的计算是必要的。一般来说,高速公路宽度高达几十米,但由于对称性,模拟的范围可以减少一半。同时,土路基层的不是当前研究的重点,所以默认认为粒度大于用于模拟的最小粒径级配骨料基材。然而,颗粒大小对土壤应该在一个合理的半径,以防止级配骨料基材进入土壤。另一方面,目前的研究主要集中在级配骨料基地对路面性能的影响;因此,选择分类颗粒材料用作根特公路基础材料的最大粒径37.5毫米。级配骨料的粒径分布如表所示1。如表中所示1粒子的分级,数值模拟了现实,,最大误差小于0.8%。
2.2。路面结构和造型
通过分析,部分人行道(数字1和2)选择调查的影响颗粒材料在交通荷载作用下路面性能。如图1,部分覆盖了一半的一行,包括轮宽度0.3米,宽度0.6米的两边。图1说明了高速公路结构造型,可分为四个部分:(1)沥青层:灵活的人行道10厘米的厚度。(2)级配骨料基地层:由特定层次的粒状材料,厚度达20厘米。主要承担负荷的沥青层和分散,减少了应力集中,从而降低路基土壤垂直变形。与此同时,它可以自由排水和防止水分损失。(3)路基土层:高速公路的重要组成部分。一般来说,路基土层被视为均匀半无限平面和无限厚度方向。重力下固结变形是主要的垂直变形、和交通荷载的影响范围有限应力均匀分布压力分散后的路基土级配骨料基地。因此,被选为1米的厚度。(4)交通荷载等级:根据中国标准JTG d50 - 2006 (31日),标准轴负载等于100 kN,因此压力,50 kN,均匀分布在路面宽30厘米的一边。
建模的过程和输入参数表中列出2。(1)沥青层:沥青是典型的viscoelastoplastic材料,具有突出的粘滞特性的高温和低温弹性性质。因此,沥青层是层状弹性体,不考虑粘性的属性,在模拟。球的组装是定期安排,严格在指定地区,和联系和并行债券用于满足的假设。(2)级配骨料基础层:游离颗粒级配骨料,球是随机安排的组装与给定的大小分布和在指定的区域内。(3)路基土壤层:这一层被认为是弹性性质,忽视了塑性变形。因此,沥青层代的球是一样的,但规模相对较小。(4)加载板:一、装配球定期安排紧密,用于应用交通荷载。
生成粒子组装和压实后,应用边界和初始条件来实现所需的初始平衡状态。
3所示。结果与讨论
3.1。应力分布特征
50 kN力均匀分布在承载板模拟车轮的行动。如图3,它可以观察到,一般模型的应力对称分布。
(一)
(b)
在沥青层应力分布,图4强调,压应力集中区域位于两侧的车轮,而拉伸应力集中区域位于较低的沥青层的一部分。与此同时,交通荷载作用下,沥青层下轮遭受剪切和拉伸动作收敛区域的压缩和拉伸应力。长期重复加载后,疲劳开裂和车辙会出现由于疲劳失效的沥青层和双方的不同垂直压力。
级配骨料基础层,应力分布主要分布在交通荷载下,两轮宽度约,有逐渐扩大趋势增加深度内的级配骨料基础层。交通负荷转移向下的级配骨料基础层和双方在同一时间(如图5)。因此,路基土层的压力大大降低,相应地,变形相对较小。
路基土层的应力分布在路基土层与一个伟大的行动范围(如图6)。和球之间的最大力量是1.97 kN,正如所料,下面的最大应力分布是正确的交通负荷。但由于级配骨料的基地,应力扩散的影响减少路基土层的应力值。
为了描述视觉上应力状态,应力轮廓呈现在图7通过一个白手起家的计划,该计划提供了一个定量趋势的压力。指出,只有表现的压力值是可用的。所以,由于这个原因,故障模式为一个特定的区域不能确定。如图8边缘的应力集中展出轮;最大应力200 kPa略大于平均应力167 kPa,交通荷载作用下。因此,伴随不规则的和解协议,它将贡献疲劳开裂和车辙,最后符合实际现象的人行道上。此外,应力值明显降低路基土层的应力分散级配骨料基地。
(一)
(b)
3.2。位移特性
图7说明了每一层粒子位移矢量。沥青层,垂直位移的主要位移沥青层(如图9),最大垂直位移等于2.199毫米,坐落在交通荷载。双方的交通荷载、位移略向下,倾向于加载的中央。
级配骨料基础层,包括垂直和水平变形在级配骨料基地层(如图10)。位移集中在一个有限的地区对低于2.159毫米的加载与最大值和扩展到双方逐渐增加深度。因为去掉骨头的粒状材料的级配骨料基地,位移矢量对应于应力分布趋势。
路基土层,垂直位移为主的地基土层的最大值1.225毫米坐落在交通荷载、位移有趋势扩散到双方(如图11),它对应于应力分散。图12提供了一个明显的垂直位移等值线通过白手起家的计划。尽管不连续出现在这个轮廓由于事实来自民主党不是一个连续体问题,它不影响不同地区的垂直位移定量估计。沥青层,最大垂直位移变化在2.0到2.25毫米之间;因此垂直变形主要在沥青层与最大位移(图2.199毫米10)。但对于级配骨料基地层,最大垂直位移变化之间的1.25和1.5毫米,这是明显不同于最大位移(图2.159毫米11);因此,水平位移不容忽视的级配骨料基本层。路基土层的变形是由垂直位移之间的最大垂直位移变化(图1.0和1.25毫米12),这是接近最大位移(图1.225毫米12)和位移相对较小,因为压力分散的级配骨料基地。
4所示。结论
PFC数值模拟研究来确定沥青路面的应力分布和变形行为与级配骨料基本标准的交通载荷作用下。(1)应力分布特征表明,压应力集中区域位于两侧的车轮,而拉伸应力集中区域位于降低沥青层的一部分;因此,疲劳开裂和车辙会出现疲劳失效后的沥青层长期重复加载。由级配骨料基地和交通负荷转移向下转移到双方同时有逐渐扩大趋势增加深度内的级配骨料基础层。因此,应力分布在路基土层与一个伟大的行动范围,和值明显降低路基土层的应力分散级配骨料基地。(2)位移特征和相应的垂直位移等值线表明,沥青层的垂直位移是主要的位移,双方的交通荷载,位移略向下,倾向于加载的中央。垂直和水平变形包括两级配骨料基地层,和位移逐渐扩展到双方随着深度增加相应的应力分布趋势。垂直位移主要是在路基土层相对较小。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。