行車(chē)速度對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響有限元分析

1、<p>　　行車(chē)速度對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響有限元分析</p><p>　　摘要：為研究行車(chē)速度對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，文章利用ABAQUS計(jì)算軟件對(duì)路面實(shí)體模型進(jìn)行仿真分析，著重分析并總結(jié)了不同行車(chē)速度下路面上面層的最大彎沉值和最大豎向壓應(yīng)力的變化規(guī)律。結(jié)合分析結(jié)果，對(duì)重載車(chē)輛在高速公路上的行駛速度提出建議。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：行車(chē)速度 路面結(jié)構(gòu) 有限元分析 </p&g

2、t;<p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：U41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　車(chē)輛在路面上行駛速度各不相同，且速度不同自然對(duì)路面所產(chǎn)生的影響也是不一樣的。我國(guó)高速公路里程約6.5萬(wàn)公里，每年在公路養(yǎng)護(hù)方面的投入就有數(shù)億元，分析探究行車(chē)速度對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，對(duì)于高速公路結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)、公路的運(yùn)營(yíng)管理及降低路面病害的發(fā)生率有著非常重要的意義。 </p><p><b

3、>　　1．工況說(shuō)明 </b></p><p>　　本文選用的車(chē)型為重型卡車(chē)，其在高速公路上最低限速分別為60km/h即16.7m/s，最高限速為90km/h即25m/s。為了對(duì)比速度的變化對(duì)路面響應(yīng)的影響，分別選取車(chē)輛在15m/s、17m/s、20m/s、25m/s、30m/s、40m/s、50m/s的速度行駛時(shí)，路面的上表面最大彎沉U2、最大豎向壓應(yīng)力S22變化情況為研究對(duì)象。 </p&

4、gt;<p>　　2．有限元模型的建立 </p><p><b>　　2.1 基本假設(shè) </b></p><p>　　彈性層狀體系由若干個(gè)彈性層組成，比如上中下面層、基層、底基層等，各層具有不同的厚度，最下面一層為土基層設(shè)為彈性半空間體，如圖2-1所示。彈性層狀體系理論屬于彈性理論的范疇，應(yīng)用彈性力學(xué)方法求解彈性層狀體系的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等分量時(shí)，引入如

5、下一些假設(shè)[1]～[2]： </p><p>　　圖2-1層狀體系計(jì)算圖示 </p><p>　　(1)各層是連續(xù)的、完全彈性的、均質(zhì)的、各向同性的，以及位移和變形是微小的； </p><p>　　(2)最下一層在水平方向和垂直向下方向?yàn)闊o(wú)限大，其上各層厚度為有限、水平方向無(wú)限大； </p><p>　　(3)各層在水平方向無(wú)限遠(yuǎn)處及最下一層

6、同下無(wú)限深處，其應(yīng)力、變形和位移為零。 </p><p>　　(4)層間接觸條件，或者應(yīng)力和位移連續(xù)(稱(chēng)連續(xù)體系)，或者層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無(wú)摩阻力(稱(chēng)滑動(dòng)體系)； </p><p><b>　　(5)不計(jì)自重。 </b></p><p>　　2.2 參數(shù)的選取 </p><p>　　(1)計(jì)算選用的車(chē)型為黃河JN

7、150重型貨車(chē)，輪胎型號(hào)為11.0R20，輪胎尺寸為293mm×1085mm，單輪額定載荷為25.4kN，相應(yīng)胎壓630kPa，雙輪最小中心距346mm，胎面寬度B值為263mm【3】。 </p><p>　　(2)選用路面結(jié)構(gòu)為高速公路的路面結(jié)構(gòu)，其相關(guān)計(jì)算參數(shù)如下： </p><p>　　表2-1計(jì)算用路面結(jié)構(gòu)參數(shù)表 </p><p>　　2.3 計(jì)算

8、模型的建立 </p><p>　　文中所選用的路面的計(jì)算模型分析范圍x軸方向?yàn)?m，y軸方向?yàn)?m，z方向取為6m，移動(dòng)帶荷載加在路表面沿縱向中心地帶。施加荷載移動(dòng)帶的路面模型如下圖： </p><p>　　圖2-2施加荷載移動(dòng)帶的路面模型 </p><p>　　3．分析結(jié)果與討論 </p><p>　　圖3-1至圖3-2所示即為各響應(yīng)在速度

9、變化時(shí)的曲線(xiàn)圖： </p><p>　　表3-1 上面層最大彎沉及最大豎直壓應(yīng)力 </p><p>　　圖3-1至圖3-2所示以及表3-1數(shù)據(jù)顯示了隨著速度變化路面響應(yīng)的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)： </p><p>　　(1) 車(chē)輛的行駛速度由15m/s增加到17m/s時(shí)路面彎沉稍有增大，雖然增大率不到5%還是可以說(shuō)明隨著車(chē)輛速度的增大路表彎沉?xí)黾?。但隨著車(chē)輛行駛速度的

10、繼續(xù)增大，路表面彎沉先是迅速逐漸減小，當(dāng)速度增大到25m/s時(shí)路表彎沉達(dá)到最小值，相對(duì)比17m/s時(shí)彎沉減小率達(dá)到42.6%。當(dāng)速度繼續(xù)增大時(shí)路表彎沉則迅速增大，當(dāng)速度增大到50m/s時(shí)，彎沉增大率則達(dá)到48.9%，從而表明當(dāng)車(chē)輛在公路上行駛時(shí)速度過(guò)大和過(guò)小都會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生很大影響，且速度超過(guò)50m/s時(shí)車(chē)輛對(duì)路面產(chǎn)生的影響會(huì)更大。在圖3-1中也可以看出速度的中界正好處于25m/s左右，所以車(chē)輛在此速度下行駛路面彎沉最小，這也是為何重載車(chē)

11、的限速取為25m/s的原因之一。 </p><p>　　(2)從行最大豎直壓應(yīng)力和行車(chē)速度的變化圖，可以看出隨著速度的增大豎向壓應(yīng)力呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，當(dāng)速度增大到25m/s時(shí)達(dá)到最小值，接下來(lái)則隨著速度的增大豎向壓應(yīng)力呈現(xiàn)了增大的現(xiàn)象，所以可以看出當(dāng)車(chē)輛在限制速度內(nèi)(60～90km/h)行駛時(shí)對(duì)路面是最有利的，破壞性最小。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b>

12、;</p><p>　　車(chē)輛在路面上的行駛速度不同對(duì)于路面有著不同程度的影響，我國(guó)對(duì)于車(chē)輛在高速公路上行駛有最低和最高的限速要求，重載車(chē)型的最低和最高限速分別為60km/h和90km/h。經(jīng)過(guò)仿真分析可以發(fā)現(xiàn)車(chē)輛在25m/s也就是最高限速90km/h的行駛速度下路表彎沉、路面最大豎向壓應(yīng)力都達(dá)到最小值，速度增大或者降低路表彎沉和最大豎向壓應(yīng)力都會(huì)出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，所以，建議在安全行車(chē)的條件下，將行車(chē)速度保持在90k

13、m/h，對(duì)于保護(hù)路面有著很大的作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　黃衛(wèi),錢(qián)振東.高等瀝青路面設(shè)計(jì)理論和方法[M].北京:科學(xué)出版社,2001. </p><p>　　王凱.N層彈性連續(xù)體系在雙圓均布復(fù)合荷載作用下的力學(xué)分析[J].固體學(xué)學(xué)報(bào),1983(1):55-63. </p><