[发明专利]一种考虑荷载与高温间隙的沥青路面抗车辙性能模拟方法

说明书

本发明提供了一种考虑荷载与高温间隙的沥青路面抗车辙性能模拟方法，利用有限元软件，包括如下步骤：选择路面结构及材料；建立车辙预估模型；选定材料参数与力学本构模型；获取气象资料与交通日分布；荷载作用模式简化；荷载作用时间与间隙时间确定；高温时段间隙确定；温度场模拟；路面车辙预估；对该路面结构的抗车辙能力作出判断。本发明考虑了沥青路面在荷载作用间隙和高温时段间隙自行恢复部分形变的特性，使得车辙模拟更趋近于真实情况，解决了现有方法模拟结果误差较大的问题；同时可判断特定路面结构的抗车辙性能，即通过虚拟试验来选择抗车辙性能更佳的路面结构，无需通过建造试验路进行对比实验，节省大量成本。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，特别是涉及一种考虑荷载与高温间隙的沥青路面抗车辙性能模拟方法。

背景技术

在有限元软件发展起来后，将瞬态温度场应用于车辙预估成为了可能。尽管如此，计算机运算效率以及有限元模型构建的复杂性限制了这种方法的应用面，现有的方法可以较为准确地进行高温、重载条件下的短期车辙预估，但无法准确地进行路面使用寿命内的长期车辙预估，预估结果比实际车辙量高出很多，其主要原因在于现有方法的模拟环境为连续高温下的连续荷载作用。本发明提供了一种考虑荷载与高温间隙的沥青路面抗车辙性能模拟方法，相比于现有方法，本发明模拟车辙的环境更接近于实际情况。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种考虑荷载与高温间隙的沥青路面抗车辙性能模拟方法，解决现有方法车辙模拟结果与实际相比过大的问题，将荷载间隙和高温间隙加入模拟过程中，使得模拟环境更趋近于真实情况，模拟结果数值更准确；同时为了降低建造试验路的成本与进行试验的时间成本，通过虚拟试验来选择抗车辙性能更佳的路面结构，为达此目的，本发明提供一种考虑荷载与高温间隙的沥青路面抗车辙性能模拟方法，包括如下步骤：

(1)选择路面结构及材料：将路面面层、基层、底基层的材料、厚度确定，并设置多种材料、厚度、级配、分层顺序不同的路面结构，形成对照组；

(2)建立车辙预估模型：针对选定的路面结构，建立区域大小不同和划分精度不同的有限元模型，进行车辙模拟分析，确定满足精度与效率要求的模型尺寸、网格尺寸、单元类型、蠕变误差控制；

(3)确定材料参数与力学本构模型：通过多组室内试验确定所选材料的力学参数、热特性参数，并选定合理的力学本构模型；

(4)获取气象资料与交通日分布：根据模拟路面所在的区域，从国家自然资源数据库中获取该地区长年的气象统计资料，作为温度场分析的原始材料；根据模拟路面所在区域同等级道路的近年使用情况，搜集该道路的交通日分布情况，以此确定一天中各个时段的轴载作用次数；

(5)荷载作用模式简化：根据标准车型与模拟精度要求简化荷载作用模式，包括单圆荷载、双圆荷载、矩形荷载，使得在该模式下的车轮接地面积便于计算；

(6)荷载作用时间与间隙时间确定：根据公式确定累计荷载作用时间，作为荷载分析步的步长；根据确定平均车头时距，根据确定间隙时间，作为零载分析步的步长，在每个小时荷载分析步进行后插入相应小时的零载分析步，实现荷载作用不连续；

(7)高温时段间隙确定：根据所要模拟的轴载作用次数与年交通量情况，确定车辙模拟的持续天数n，将所述荷载作用时间与间隙时间均分为n份，依次进行第一天分析步、第二天分析步……第n天分析步，实现高温时段不连续；

(8)温度场模拟：建立温度场模型，编辑路面材料，将部件实体化后设置稳态分析步和瞬态分析步，将气象资料输入定义幅值曲线，在各边界上按要求精度布种子，划分网格与车辙预估模型相同，最后导入子程序通过求解器进行求解，得到温度场结果文件；

(9)路面车辙模拟：重新编辑路面材料，定义边界集合与载荷面集合，按照所述荷载作用时间、间隙时间、高温时段间隙设置相应分析步，设置单元类型，最后通过改写inp文件实现温度场导入，运行改写后的文件得到车辙结果文件；