GSOG—20沥青加铺层三维数值模拟分析

张承善+席永慧

摘要：本文结合浦东地区川沙路维修改造工程，利用通用有限元软件ABAQUS进行三维数值模拟，分析GSOG-20沥青加铺层厚度、GSOG-20沥青加铺层弹性模量对沥青加铺层层底应力变形的影响。

关键词：GSOG-20；abaqus；沥青加铺层；数值模拟

1.前言

近年国家大力投资基础设施建设，在我国早期修建的公路和城市道路中，水泥混凝土路面多已不能适应现代化交通的发展。因此，如何快速经济地进行旧路改造，防止反射裂缝是一个非常有研究价值的课题。

关于反射裂缝的产生机理，国内外的研究学者进行了大量的研究工作，分别从现场试验和采用有限单元软件模拟试验对反射裂缝的机理进行研究。Perez，S.A.等建立了加速路面测试下沥青路面的反射裂缝模型。由Fabac ALT-APT 试验台来保证裂纹的正常扩展，得到反射裂缝的扩展情况 [1]。吴正新采用有限元软件ABAQUS，计算了沥青层荷载型反射裂缝应力强度因子，分析出结构层厚度、模量，配筋率，层间结合状态对AC层反射裂缝扩展的影响 [2]。周富杰等采用三维有限元分析技术，分析了层间接触条件、罩面层厚度、夹层类防反措施对裂缝尖端应力和反射裂缝的影响[3]。才华等进行了反射裂缝的断裂及疲勞分析和模拟计算，从断裂力学及疲劳损伤力学的观点出发，探讨反射裂缝的产生和发展机理。认为垫层对行车荷载是不利的，对低温收缩荷载的影响是有利的 [4]。

本文结合上海市川沙路维修工程，对旧水泥混凝土路面加铺GSOG-20沥青面层的技术开展研究，主要分析GSOG-20沥青加铺层厚度、GSOG-20沥青加铺层弹性模量对沥青加铺层层底应力变形的影响。

2.数值模拟模型建立

本论文采用标准的单轴双侧四轮荷载进行有限元计算，车荷载采用标准轴载BZZ-100，轮胎内压 0.7MPa，单个轮压作用范围 18.9cm×18.9cm，双轮距为 32cm，侧轮隙间距为182cm[4]。

本论文采用ABAQUS进行数值模拟分析，从上到下各层几何尺寸及材料计算参数如表1所示。

本文分析点位置如图1所示。本文中σ代表最大正应力；τ代表最大剪切应力；u代表最大变形。

3.车辆荷载作用下沥青加铺层层底应力变形分析

3.1 GSOG-20沥青混合料加铺层厚度对沥青加铺层层底应力变形的影响

本节主要分析GSOG-20沥青混合料加铺层厚度对沥青加铺层层底应力变形的影响，模型参数选取参照表1，改变GSOG-20沥青混合料加铺层厚度，计算结果见表2。

随着GSOG-20沥青混合料加铺层厚度的加大，沥青加铺层底部正应力降低，剪切应力于0.09m达到最大，变形略有降低。

3.2 GSOG-20沥青混合料加铺层弹性模量对沥青加铺层层底应力变形的影响

本节主要分析分析GSOG-20沥青混合料加铺层弹性模量对沥青加铺层层底应力变形的影响，模型参数选取参照表1，改变GSOG-20沥青混合料加铺层弹性模量，计算结果见表3。

表3 不同GSOG-20沥青混合料加铺层弹性模量下

沥青加铺层层底应力变形

随着沥青混合料加铺层弹性模量的增大，沥青加铺层底部正应力增加，剪切应力增加，变形基本不变。

4.结论

本文利用通用有限元软件ABAQUS建模，主要分析GSOG-20沥青加铺层厚度、GSOG-20沥青加铺层弹性模量对沥青加铺层层底应力变形的影响。分析结果表明：

1.随着沥青混合料加铺层厚度的加大，沥青加铺层底部正应力降低，剪切应力于0.09m达到最大，其后逐渐降低，变形略有降低。

2.随着沥青混合料加铺层弹性模量增大，沥青加铺层底部正应力增加，剪切应力增加，变形基本不变。

参考文献：

[1]Perez，S.A.etal.Accelerated pavement testing and modeling of reflective cracKing in pavements.Engineering Failure Analysis[J].2007，1526-1537.

[2]吴正新.AC+CRC复合式路面结构应力与反射裂缝研究[D].湖南大学，2013.

[3]周富杰，孙立军.沥青罩面层荷载应力的三维有限元分析[J].中国公路学报，1999，04：4-9.

[4]才华，张敏江，徐术陇.反射裂缝的断裂及疲劳分析和模拟计算[J].沈阳建筑工程学院学报，1997，03：33-39.endprint