模型分双层，下层取路基全宽即上顶宽度为10m，厚度为5m；上层为8cm×10cm矩形模型。由于加铺层是摊铺在旧沥青路面上的，所以层间条件应该视为完全连续，不应该为光滑或半光滑[2]。新建公路沥青路面之所以不能把层间条件视为完全连续是因为面层和基层材料的截然不同，无法结合紧密，所以层间条件必然处于光滑与连续之间。而加铺层材料与旧路面的材料是相同的，施工时旧路面相当厚的部分中的沥青会在加铺层材料的高温下熔化，并与加铺层紧密结合，因此视为完全连续是合理的。构造的有限元模型见图1。A1为加铺层部分，A2为下卧层部分。定义边界条件及荷载根据前文的假定，模型的边界条件为：DOF＝0，即自由度为0。这样的假设基于以下考虑：利用布辛尼斯克解可以求得在BZZ-100作用下，土基的影响区深度为150cm左右，即行车荷载作用对于深度大于150cm处土基的影响可以忽略。此处模型的总高度为508cm，远远大于150cm，所以其自由度可以视为0。水平方向的路面宽度取1000cm则是完全模拟半幅路面宽度。
从弯拉应力等值线图中不难发现，在分析模型中，拉应力分布不连续。最大弯拉应力点为C、D两点，正是加铺层底面行车荷载作用处，最大拉应力值为0.21MPa。加铺层层表A、B点同样也承受拉应力，但是其值小于C、D两点的值，为0.143MPa。有限元法得出的这种规律与弹性层状体系所得出的规律是相同的，但是结果偏小。在下卧层中弯拉应力都接近于0，没有应力集中点。为了更直观地反映加铺层表面及底面应力的分布情况，对行车荷载作用面下的加铺层表及层底的应力绘制了路径图。层表最大弯拉应力值为0.143MPa，小于层底最大弯拉应力0.21MPa。这说明在这次计算中所设定的条件下计算路面厚度，考虑材料弯拉应力时首先要考虑加铺层底面C、D点的弯拉应力是否能满足材料要求。第1主应力为单元上的最大拉应力。图6表明结构层中最大第1主应力的分布与弯拉应力的分布是相似的。最大第1主应力位于均布荷载作用面下加铺层底。此处最大第1主应力为0.211MPa，与结构层中的最大弯拉应力0.21MPa近似相等。因此选取最大弯拉应力作为验算应力是合适的。第3主应力是最小的主应力，即单元体所受到的最大压应力。第2主应力是介于第1主应力与第3主应力之间的应力值。
在平面应变问题中第3主应力的分布等值线图与垂直应力分布等值线图相似，即最大应力都发生在加铺层表面荷载作用点处。最大第3主应力σ3＝-1.453MPa，大于最大垂直应力σy＝-0.7MPa。同时，在有限元计算结果中可以发现，在荷载作用面下一定范围内，单元垂直位移的趋势最为明显。在远离荷载的加铺层表面，单元有向上和向外侧移动的趋势。这一点可以很好地解释路面上车辙形成的原因。并且，在结构层上部的加铺层中第1主应力较大，且以荷载作用面下最为集中。荷载作用面下的加铺层和下卧层相当厚的部分中第3主应力较大。通过分析已经知道，第1主应力为拉应力，其余的两个主应力则为压应力，因此可以肯定的是：加铺层主要承受因行车荷载作用而产生的拉应力，而下卧层则承受压应力多一些。所以，在选择加铺层材料时，要求该材料的抗拉模量一定要大。目前增大加铺层抗拉能力的方法之一就是在层中或者层间加铺玻纤格栅。加铺层厚度的确定当行车荷载的大小、累积作用次数以及材料参数一定时，随着加铺层厚度的变化，结构层内的应力、应变也都随之发生变化。因此必定存在最合理的加铺层厚度[3]。沥青混合料的抗拉模量远远小于其抗压模量，但是从结构层内应力情况来看，最大拉应力与最大压应力相差并不大。
在本文计算中，最大压应力为0.7MPa，而最大拉应力也接近于0.2MPa。这表明用最大拉应力作为控制加铺层厚度的主要指标是很合适的。而且从结构层中的主应力矢量图中也可以看出，加铺层承受的第1主应力要远大于其他两个主应力。为了验证最大拉应力位置和大小随层厚变化的规律，对不同加铺层厚度下最大拉应力发生的位置和大小进行了计算（见图7）。图中A、B、C、D、E是最大拉应力发生的不同位置的代号。层表A、B点的拉应力随层厚几乎没有发生变化，层表轮隙E点处的拉应力则随加铺层厚度的增大而减小，从受拉状态变为受压状态。当加铺层厚度较薄（小于5cm）时，层底C、D点承受压应力。当加铺层大于5cm时，层底C、D点承受拉应力，其值随加铺层厚度的增大而缓慢增大。当加铺层厚度等于9cm时，层底C、D点所受到的拉应力达到峰值。当加铺层厚度小于6cm时，层表A、B点所受到拉应力大于层底C、D点的拉应力，此时进行路面设计时应该采用A、B点的应力作为控制。当加铺层厚度大于6cm时，C、D点应力大于A、B点，所以进行加铺层厚度设计时，应以C、D点的应力作为控制。4结论综合上述分析，有以下三点主要结论：a）有限元设计方法能根据具体情况建立与实际比较符合的模型，而且能较好地模拟车辆荷载作用下的沥青加铺层内以及下卧层中的荷载响应；b）应选择抗拉模量大的材料作为加铺层材料，目前增大加铺层抗拉能力的方法之一就是在层中或者层间加铺玻纤格栅；c）宜采用最大拉应力作为控制加铺层厚度的主要指标。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳