基于FWD对不同破损类型路面动力有限元分析.doc

基于FWD对不同破损类型路面动力有限元分析邓国瑞肖国良(市政工程研究院)摘要:在路面出现裂缝的情况下,经大量计算发现[1],不仅弯沉增大,而且弯沉盆形状发生变化,表现为不连续的曲线。这是因为沥青层或基层的刚度因为裂缝的存在而受到削减。因此,利用轴对称结构模型来研究不同类型破损,即路面的不连续状态对弯沉盆的影响。关键词:裂缝;弯沉盆;轴对称模型;,为简化计算以及后文土基模量预测方便,这里将路面简化为两层(土基以上视为一层)或三层体系(面层、基层和土基)来进行研究,如图:1-1。图1,既要保证结果的准确性,又不浪费计算机资源,因此必须经过试算比较,确定有限元模型的最小尺度[2]。本文经过试算,模型尺寸取值从到,结果发现,当达到时,各传感器弯沉及内部响应基本保持稳定,满足最小误差要求[3]。因此下文计算中的有限元模型均为,底边固定,周边设置水平约束。路表荷载作用下,深度和水平方向上距离荷载作用区域越远应力越小。因此,沿这两个方向单元逐步增大。因此,在划分单元时,首先将各结构层分为层状区域,各区域自由划分单元,然后在荷载区域将单元细化至1~3。,探讨破损路面模型的动力计算过程。⑴破损状态的简化半刚性沥青路面的开裂主要包括荷载裂缝和反射裂缝。荷载裂缝通常产生于路表,逐渐向下发展,这种破损在测试时的状态可用Error!,其破损程度可用裂缝间距、裂缝宽度和裂缝深度来表征;反射裂缝,如Error!,通常产生于基层,逐渐向上发展,其破损程度同样可用裂缝间距、裂缝宽度和裂缝深度来表征。层间滑动由土基的不均匀沉降和底基层底部由于受拉而造成的破碎而引起,上层与土基的连接状态对弯沉计算有一定影响。因此考虑进行接触(非线性)动力分析。对Error!,在上层和土基的连接处设置接触单元,层间条件通过设置其属性来控制。 a荷载裂缝 b反射裂缝 c层间滑动图12破损路面模型当然,实际裂缝状况要复杂的多,不可能被完全模型化。然而可以通过简化的理想模型来分析考查这些破损对弯沉的影响程度。⑵结构层材料属性路面完整或仅考虑裂缝时,选用线弹性材料,包括弹性模量、泊松比、密度,见Error!。接触面的材料属性除了上面三个,还有摩擦系数和接触单元的实参数等。表11动力计算中的结构、.42000Kg/⑶时间积分参数[4][5]可以证明,当,时,方法是无条件稳定的,即时间步长的大小不影响解的稳定性,;荷载峰值689,(峰值前)(峰值后),共22个时间步。1完整路面动力分析结果底部拉应力静力238200180163**********.