胎壓對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響

1、    胎壓對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響    趙桂香 韓霄鵬摘要：輪胎的胎壓不同，接地形狀也不同，而且隨著胎壓的變化，接地壓力也有較大的變化。為了分析胎壓變化對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響，采用三維有限元模型ansys對(duì)瀝青路面路表彎沉與基層層底彎拉應(yīng)力進(jìn)行分析，并與bisar3.0結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果表明胎壓變化會(huì)顯著影響路面結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。關(guān)鍵詞：瀝青路面；力學(xué)響應(yīng)；三維有限元模型；胎壓瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用雙圓垂直均布荷載bzz-100（胎壓為0.7mpa）為計(jì)算荷載。但是隨著重型貨車(chē)的增多，輪胎的胎壓也越來(lái)越大，若還是按照規(guī)范的0.7mpa進(jìn)行瀝青路

2、面結(jié)構(gòu)厚度的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的驗(yàn)算，會(huì)有較大的出入1-3。為了更真實(shí)的接近路面實(shí)況，分析胎壓變化對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)受力的影響，利用ansys分析瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同的胎壓形式下輪隙彎沉與基層層底彎拉應(yīng)力的變化，并與bisar3.0計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。1 計(jì)算參數(shù)的選取1.1 輪胎接地面積與形狀隨著胎壓的增大或減小，輪胎的接地面積是有變化的，但是變化量并不會(huì)太明顯4，而且也缺少相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，可以不考慮接觸面積的減少，輪胎的接地形狀擬為矩形荷載，不計(jì)及接地面積的變化。1.2 輪胎的接地壓力輪胎作用于路面結(jié)構(gòu)的接地應(yīng)力分布在不同負(fù)荷、不同胎壓時(shí)是各不相同的。輪胎在額定荷載或正常胎壓的作用下，

3、作用面內(nèi)的垂直壓力在胎面的寬度及長(zhǎng)度方向變化不太明顯，兩方向都近似均勻分布5。為了分析在不同的胎壓作用下瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，從而了解胎壓的不同對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響究竟有何區(qū)別。因此，依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料的試驗(yàn)和分析數(shù)據(jù)，本文將車(chē)輛荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的作用力分布形式假定為近似均勻分布。2.路面結(jié)構(gòu)及計(jì)算模型2.1 計(jì)算用路面結(jié)構(gòu)計(jì)算用路面結(jié)構(gòu)采用6層彈性層狀體系，路面結(jié)構(gòu)形式為18cm瀝青混凝土面層+20cm水泥穩(wěn)定碎石基層+27cm二灰底基層+土基。2.2 有限元計(jì)算模型利用三維有限元模型ansys分析不同胎壓作用對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)表面彎沉及層底彎拉應(yīng)力的影響，模型尺寸取為6m×6m×

4、6m，其中x軸為橫向坐標(biāo)（路面橫向），y軸為豎向坐標(biāo)（深度方向），z軸為縱向（行車(chē)方向）。荷載作用面積為188.8mm×188.8mm，并將荷載作用處的網(wǎng)格局部細(xì)化，遠(yuǎn)離荷載的位置網(wǎng)格逐漸變粗。模型的約束條件為：模型的底部位移全部約束，左右兩個(gè)與z軸平行的面無(wú)x方向的位移，前后兩個(gè)與y軸平行的面無(wú)y方向的位移，結(jié)構(gòu)層間完全連續(xù)。其計(jì)算模型如下圖所示：3計(jì)算結(jié)果及分析3.1路面彎沉圖1為輪隙中心處彎沉值的變化圖。隨著胎壓的增大，接地面積逐漸減小，相應(yīng)地單位面積上的載荷逐漸增大，對(duì)路表彎沉的影響就越大。從圖中可以看出，輪隙彎沉值呈現(xiàn)線(xiàn)性增大的趨勢(shì)，當(dāng)胎壓由0.7mpa增大到1.2mpa時(shí)

5、，最大彎沉值增加了約70%。bisar計(jì)算的輪隙彎沉較ansys計(jì)算的彎沉值約大一倍，這種現(xiàn)象可能與荷載作用形狀的不同有關(guān)。bisar程序加載采用的是雙圓垂直均布荷載，而ansys程序則采用更接近于輪胎接地形狀的矩形，這也說(shuō)明了我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用雙圓垂直均布荷載計(jì)算出的表面彎沉較為保守。3.2 基層層底彎拉應(yīng)力一般認(rèn)為，基層層底彎拉應(yīng)力是路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞的主要原因，拉應(yīng)力也是產(chǎn)生各種裂縫的主要原因。圖2為基層層底彎拉應(yīng)力隨胎壓的變化圖。從圖中可以看出， 當(dāng)胎壓由0.7mpa變化到1.2mpa時(shí)，基層層底彎拉應(yīng)力分別由0.012mpa、0.022mpa達(dá)到了0.017mpa、0.038

6、mpa，分別增長(zhǎng)了41.67%、72.73%這表明胎壓的變化會(huì)顯著地影響基層的應(yīng)力分布狀態(tài)。當(dāng)層底彎拉應(yīng)力超過(guò)材料的極限彎拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)引起基層開(kāi)裂。4.結(jié)論（1）隨著胎壓增大，輪隙彎沉值線(xiàn)性增大，當(dāng)胎壓由0.7mpa增大到1.2mpa時(shí)，最大彎沉值增加了約70%。這說(shuō)明瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載采用0.7mpa偏危險(xiǎn)。（2）當(dāng)胎壓由0.7mpa變化到1.2mpa時(shí)，基層層底彎拉應(yīng)力分別由0.012mpa、0.022mpa增長(zhǎng)至0.017mpa、0.038mpa，增長(zhǎng)率分別為41.67%、72.73%，這表明胎壓的變化會(huì)顯著影響基層的應(yīng)力分布狀態(tài)。當(dāng)層底彎拉應(yīng)力超過(guò)材料的極限彎拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)引起基層開(kāi)裂。參考文獻(xiàn)1 胡小弟，孫立軍. 瀝青路面結(jié)構(gòu)在非均布荷載作用下的三維有限元分析j. 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2003， （6）： 1167-1170.2 黃慶泓，季天劍. 非均布荷載作用下瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)研究d. 南京：南京航空航天大學(xué)， 2008.3 謝水友，鄭傳超. 輪胎接觸壓力對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的影響j. 公路， 2004， 1（24）：12-16.4 胡小弟，孫