面层模量及厚度对温度应力的影响分析

文 / 福建船政交通职业学院 王桂茵 山东大正路桥工程有限公司 库存银 海峡（福建）交通工程设计有限公司 李万里

本文应用有限元程序Ansys软件，建立力学模型，在热线弹性层状体系理论的假设下，根据沥青路面的结构特点和实际的工作状态，分析面层模量以及面层厚度变化时对面层各结构层温度应力的影响。

计算模型及计算方法

本次计算分析，是应用有限元Ansys模拟软件，采用的是顺序耦合法，在热分析计算中选择里面的，该单元为平面四边形四节点热分析单元；然后将计算得到的节点温度作为体荷载施加到结构分析中并将热分析单元转化为结构分析单元。

在热分析中选择 （温度约束）自由度，根据实际的路面温度实测情况，在本文的计算中，热分析中的温度约束设置为路面结构面层顶面的温度为-4℃，土基底面的温度为3℃；在结构分析中选择UX（X方向的位移）、UY（Y方向的位移）两个自由度，并选用转化后默认的分析类型平面应变分析类型。

在本文的计算分析中，所选取的计算点均取为沥青路面的面层底面。在接下来的分析中，通过改变下表中一个参数，同时保持其他参数不变。

面层模量的变化对温度应力的影响分析

在上表的基础上，保持其他参数不变的情况下，分析不同面层模量即3500MPa，4000MPa，5000MPa的路面结构，具体研究随着面层模量的增大，面层底面、基层底面和底基层底面应力应变和位移沿路面长度的变化情况。分析结果如下：

（1）面层底面各指标，在不同模量下，沿路面长度的变化情况

由分析结果可得，对于面层，随着模量的增加，面层层底所受的温度应力也逐渐增加如图1所示，在模量增加的过程中长度—应力曲线逐渐向上平移。

在距离模型端部2m左右，应力取到最小值，模型的中部应力比较稳定趋于一个定值。面层层底在温度荷载的作用下，随着面层模量的增加，所产生的应变和竖向位移变化不大，只是在上述所讲的产生最值的距离模型端部2m左右处规律比较明显，随着面层模量的增加，应变逐渐增大，竖向位移逐渐减小其减小的幅度较小，由表2可以更清楚的看出；在模型的中部，如图3所示，应变还有随模量增加成减小的趋势；竖向位移随模量的增加成增加的趋势，如图2所示。

（2）基层底面各指标，在不同模量下，沿路面长度的变化情况

对于基层，随着面层模量的增加，基层层底所产生的应力、应变变化都较小，如图4所示，三种面层模量下，基层层底的应力变化曲线几乎是重合的。

由表3可清楚地看出，随着面层模量的增加，基层层底所产生的应力、应变有所增加，但是其值比较小。由图5所示，面层模量较小时，最大竖向位移会偏大，即模量改变对基层距离端部2m内影响较大。

（3）底基层底面各指标，在不同模量下，沿路面长度的变化情况

底基层层底的应力应变和竖向位移随着面层模量的增加其变化规律与基层层顶对应指标的变化规律基本相似，两者相比底基层所受的影响更小，由表3和表4对比可以得出。

结语

根据文所建模型，在相同的温度荷载作用下，随着面层厚度的增加，面层层底所受到的温度应力逐渐减小，但减小的幅度很小，且随着面层层底所受的温度应力逐渐趋于一个定值如图1所示，曲线随着厚度的增加渐渐变的平直。层底所产生的应变和应力具有相同的变化趋势。

随着面层厚度的增加，基层和底基层层底所产生的温度应力和应变也都是逐渐变小的，由表6和表7可清楚地看出，他们的变化也是比较小的，也就是说面层厚度的改变对基层和底基层没的应力应变影响较小。