瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的建模分析

池 漪尹 健

（1湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋工程學(xué)院，湖南 長沙 410132；2中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410004 ）

瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)組合結(jié)構(gòu)的建模分析

池 漪1尹 健2

（1湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋工程學(xué)院，湖南 長沙 410132；2中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410004 ）

采用MIDAS軟件進(jìn)行瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)材料的建模分析。研究了最不利加載情況下裂縫修補(bǔ)處豎向變形、橫向變形、橫向正應(yīng)力、縱向正應(yīng)力云圖。根據(jù)瀝青混凝土路面的裂縫修補(bǔ)材料的建模分析結(jié)果，可以從理論上初步估計該修補(bǔ)材料與瀝青混凝土基材的相容性較好，其應(yīng)力和應(yīng)變及其相關(guān)指標(biāo)可以滿足瀝青混凝土路面最不利加載工況，研究結(jié)果對工地應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

建模分析；裂縫修補(bǔ)；瀝青混凝土路面；組合結(jié)構(gòu)

1 引 言

瀝青路面已成為我國公路路面的主要形式。而瀝青路面開裂這種瀝青路面主要的病害仍然是各國道路界普遍關(guān)心的問題。美國的科學(xué)家曾經(jīng)說過，我們可以把人送入太空，卻不能阻止路面開裂，可見解決裂縫問題的難度。根據(jù)實際瀝青路面裂縫修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的形式，應(yīng)用有限元方法，研究車輛、溫度等荷載作用下裂縫內(nèi)部最不利受力位置及其大小，為瀝青路面裂縫修補(bǔ)技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)[1,2]。

2 模型的建立

圖1 邊界條件

采用MIDAS軟件進(jìn)行瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)材料的建模分析。將瀝青混凝土路面的裂縫修補(bǔ)問題簡化為平面應(yīng)變問題，在路面上截取其中一塊采用實體單元模型進(jìn)行分析。模型建立單元數(shù)為35640，節(jié)點數(shù)為40535。

邊界條件建立如圖1所示。

將AB、CD截面節(jié)點縱向位移設(shè)置為0，AD、BC截面節(jié)點橫向位移為0，路面和路基之間的作用采用土彈簧模擬。

瀝青混凝土裂縫修補(bǔ)體系為開槽20mm×20mm后填縫處理的情況。

考慮最不利的加載情況，工況采用四種組合方式對瀝青混凝土裂縫修補(bǔ)體系進(jìn)行模擬：組合一：自重+裂縫處單側(cè)汽車輪壓+整體升溫40℃，組合二：自重+裂縫處單側(cè)汽車輪壓+整體降溫10℃，組合三：自重+整體升溫40℃，組合四：自重+整體降溫10℃。

3 計算結(jié)果與分析

圖2～圖17分別為四種組合方式作用下裂縫修補(bǔ)處豎向變形、橫向變形、橫向正應(yīng)力、縱向正應(yīng)力云圖。

圖2 組合一裂縫修補(bǔ)處豎向變形云圖

圖3 組合一裂縫修補(bǔ)處橫向變形云圖

圖4 組合一裂縫修補(bǔ)處橫向正應(yīng)力云圖

圖5 組合一裂縫修補(bǔ)處縱向正應(yīng)力云圖

圖6 組合二裂縫修補(bǔ)處豎向變形云圖

圖7 組合二裂縫修補(bǔ)處橫向變形云圖

由圖2～圖17和表1可知：

1）最大變形為組合一：自重+裂縫處單側(cè)汽車輪壓+整體升溫40℃共同作用下裂縫處的豎向變形0.448mm，此變形值相對于整個瀝青混凝土路面以及20mm×20mm的修補(bǔ)材料非常微小，此變形對路面行駛平整度基本可以忽略。

圖8 組合二裂縫修補(bǔ)處橫向正應(yīng)力云圖

圖9 組合二裂縫修補(bǔ)處縱向正應(yīng)力云圖

圖10 組合三裂縫修補(bǔ)處豎向變形云圖

圖11 組合三裂縫修補(bǔ)處橫向變形云圖

圖12 組合三裂縫修補(bǔ)處橫向正應(yīng)力云圖

圖13 組合三裂縫修補(bǔ)處縱向正應(yīng)力云圖

圖14 組合四裂縫修補(bǔ)處豎向變形云圖

圖15 四裂縫修補(bǔ)處橫向變形云圖

圖16 組合四裂縫修補(bǔ)處橫向正應(yīng)力云圖

圖17 組合四裂縫修補(bǔ)處縱向正應(yīng)力云圖

表1 計算結(jié)果匯總

2）最大壓應(yīng)力為組合一：自重+裂縫處單側(cè)汽車輪壓+整體升溫40℃共同作用下裂縫處的縱向應(yīng)力56.5MPa，而本課題組研制的裂縫修補(bǔ)材料實測最小抗壓強(qiáng)度為98 .4MPa，可以滿足此最不利荷載加載條件。

3）最大拉應(yīng)力為組合二：自重+裂縫處單側(cè)汽車輪壓+整體降溫10℃共同作用下裂縫處的縱向應(yīng)力14.0MPa，而本課題組研制的裂縫修補(bǔ)材料實測最小抗拉強(qiáng)度為20.7MPa，可以滿足此最不利荷載加載條件。

4）最大變形和最大應(yīng)力分別出現(xiàn)在組合一、二中，這說明汽車輪壓對瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)材料的影響比較顯著，應(yīng)進(jìn)行重點驗算和實驗分析。

根據(jù)瀝青混凝土路面的裂縫修補(bǔ)材料的建模分析結(jié)果，可以從理論上初步估計該修補(bǔ)材料與瀝青混凝土基材的相容性較好，其應(yīng)力和應(yīng)變及其相關(guān)指標(biāo)可以滿足瀝青混凝土路面最不利加載工況，可以投入下一步的工地試驗和應(yīng)用[3,4,5]。

本文只考慮了對瀝青混凝土路面裂縫幾個最不利的影響因素，雖然不能完全反映實際瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，但可以基本反映該修補(bǔ)材料與瀝青混凝土基材的力學(xué)相容性問題。由此可見，用MIDAS有限元軟件分析瀝青混凝土路面裂縫修補(bǔ)問題是可行的，而這一類的相關(guān)文獻(xiàn)鮮有報道，這說明本文具有一定的獨創(chuàng)性。

[1]Yu Jianjie,Song Guquan,Wu Lang．Large Volume Concrete of A Pile Cap Temperature Fields Finite Element Analysis Based on the MIDAS, China Concrete and Cement Products．5(2012)34-37．

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[3]Soliman,H．Shalaby,A．Laboratory characterization of hot-pour joint sealant performance in cold climates,Proceedings,Annual Conference-Canadian Society for Civil Engineering．1(2007)207-214．

[4]Burak Sengoz，Giray Isikyakar．Evaluation of the properties and microstructure of SBS and EVA polymer modified bitumen,Construction and Building Materials．22(2008) 1897-1905．

[5]Yetkin Yildirim．Polymer modified asphalt binders,Construction and Building Materials．21(2007)66-72．

Modeling analysis of crack repairing structures for asphalt concrete pavement

In this study,a modeling analysis for the composite structure under various service conditions was carried out utilizing MIDAS software．The vertical and transverse deformation, transverse and longitudinal normal stress were analyzed by simulating the composite structure under several serving conditions．Based on the results，it was found that the strain,stress and related properties of the repair material and asphalt concrete matrixes could meet the requirements for an asphalt concrete pavement,and the compatibility of the composite structure was also satisfactory．

modeling analysis；crack repair；asphalt concrete pavement；composite structure

TU375．4

B

1003-8965（2017）03-0096-03

廣東省交通廳與佛山市路橋建設(shè)有限公司合資項目