基于ANSYS有限元数值模拟的高速公路路基变形因素分析（论文）.pdf

·114 · 基于 ANSYS 有限元数值模拟的高速公路 路基变形因素分析 铁卫伟，袁雪峰，付其然，叶  辉，陈俐光，于艺林 （中建市政工程有限公司，北京 100166） 　　 ［摘　要 ］ 车辆荷载作用下高速公路路基会出现变形。通过建立简化的高速公路数值分析模型，研究了 高速公路在荷载作用下的应力、应变、位移性能以及变化关系，得到了每一层尺寸变化后路面受力的变化 对应力、应变分布及大小的影响。结果表明：不同压力、单车轮和双车轮和不同弹性模量会对路基的变形 产生影响，不同深度的位移主要受压力，AC层、Base层弹性模量的影响。改变车辆荷载，路基的受力情况 和路基的变形也会变化。针对形成受力最大和变形最大区，提出相应的施工改进办法和施工主控工序，从 而更好地控制交通荷载作用下路基变形，为实际施工生产过程中的关键工序提供一定的指导。 　　 ［关键词 ］ 高速公路；位移；路基变形；数值分析；交通荷载 　　 ［中图分类号］  TU 74 　　［文献标志码］  B　　　　　［文章编号］  1001 -523X （2023 ）01 -0114 -04 analySiS of deformation f actorS of eXpreSSway Subgrade baSed on anSyS finite element numerical Simulation Tie Wei-wei ， Yuan Xue-feng ， Fu Qi-ran ， Ye Hui ， Chen Li-guang ， Yu Yi-lin 　　 ［abstract ］  The highway subgrade will deform under the action of vehicle load. In this paper, a simplified numerical analysis model of expressway is established, and the stress, strain, displacement performance and change relationship of expressway under load are studied. Impact. The results show that different pressure, single wheel and double wheel and different elastic modulus will affect the deformation of the subgrade, and the displacement of different depths is mainly affected by the pressure, the elastic modulus of the AC layer and the Base layer. When the vehicle load is changed, the stress of the subgrade and the deformation of the subgrade will also change. Aiming at the area with the largest force and the largest deformation, corresponding construction improvement methods and construction main control procedures are proposed, so as to better control the deformation of the subgrade under action of traffic loads, and provide certain guidance for key procedures in actual construction and production process. 　　 ［Keywords ］  expressway；displacement ；subgrade deformation；numerical analysis；traffic load 车辆高速重载现象日益严峻，导致高速公路寿 命缩短甚至性能破坏 [1-2] 。研究高速公路承载力进而 控制车辆荷载、轮宽、路基高度、基层厚度及面层厚 度就愈发迫切 [3-5] 。高速公路路基变形分析在生产中 必不可少，路基变形一方面与路基填料和路面材料有 关，另一方面受交通荷载的影响 [6-7] 。现今，对路基 变形分析，可对路面、路基的前处理进行加固或优 化 [8]。优化材料的选择也可降低变形 [9-10] ，尽量减少 已知危险，对公路施工有极大帮助。 以交通荷载下的高速公路路基为依托，建立高速 公路路基有限元分析模型进行研究。本研究旨在获得 路基在荷载作用下最大应力和位移发生位置，对于分 析建造公路所涉及应力和地基的可承受沉降范围给出 一定参考。 1 有限元模型 1.1 高速公路基体的材料特性 由实际情况分析，将整个路基分为3 层，第一层 路面，第二层基层和第三层路基。除弹性材料常数 外，还要取塑性DP模型，且均为平面应变材料常数 见表1。 表1 路面几何形状和材料特性 底层 单元类型 （平面应变） 厚度/ mm 弹性模量/ MPa 泊松比 材料性质 AC Plane82 762 759 0.35弹性 Base Plane82 305207 0.40DP 硕性 SG Plane82 20 95541.40.45DP 硕性 在ANSYS中，DP材料使用Drucker-Prager屈服准 则，实际上是对Mohr-Coulumb准则的近似。适用于 混凝土、岩石和土壤等颗粒状材料。 1.2 模型建立 图 1所为高速公路纵截面，由于高速公路长度远 收稿日期： 2022–12–09 作者简介： 铁卫伟（1990—），男，吉林通化人，工程师，主要 研究方向工程管理为工程力学。 EC??建   ?    ~   6    '   & Roads and Bridges Building Technology Development ?50 卷? 1 期2023?1$ ·115 · 大于宽度和影响深度，因此该问题可作为平面应变问 题，只需分析纵截面。路基分 3层，最上层为路面， 它的本构关系为线弹性模型，故在ANSYS中输入其 弹性模量和泊松比。第二层为基层，可对定义不同 本构关系（1 ）弹性本构关系，需定义弹性模量 E 2， 泊松比 v 2及粘聚力 C 、内摩擦角 f 、膨胀角 f f；（2 ）单 纯线弹性，需要 E 2，v 2。第三层为路基，为线弹性模 型，（1 ）公路宽度没