论文标题：Effect of anisotropic characteristics on the mechanical behavior of asphalt concrete overlay (沥青加铺路面各向异性效应分析)

期刊：Frontiers of Structural and Civil Engineering

作者：Lingyun YOU（游凌云），Zhanping YOU（尤占平），Kezhen YAN（颜可珍）

发表时间：29 May 2018

DOI：10.1007/s11709-018-0476-4

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沥青加铺路面作为一种有效且广泛使用的路面结构性修复和加强的养护技术，其路面结构也呈现明显的各向异性、非线性、模量梯度特性。研究和分析路面结构的各向异性、非线性、模量梯度特性的影响对长寿命沥青加铺路面的设计至关重要。刊登于Frontiers of Structural and Civil Engineering 2019年13卷第1期题为Effect of anisotropic characteristics on the mechanical behavior of asphalt concrete overlay 的论文对其进行了详细研究和分析。

沥青混凝土是一种分散性粘弹性材料，由于其组成结构、拌合、压实过程或复杂应力状态下导致颗粒的排列呈各向异性，其力学性能和参数因而具有各向异性特性等导致了具有明显的各向异性特征。本文中简化为横观各向同性，如图1。此外，不同路面结构层深度表现出不同的温度状态，沥青混凝土材料为一种温感粘弹性材料，因此沥青路面结构亦呈现的随深度的非线性、模量梯度特性。

图1.层状弹性结构各向异性的简化模式-横观各向同性

本文作者在室内实验测试和已有研究测试结果的基础上，建立了路面结构的深度-温度-模量参数模型。在考虑沥青混凝土材料的各向异性和非线性特性的同时，将路面结构的深度-温度-模量的广义结构参数模型耦合在ABQUS有限元路面结构模型，详细分析了在车辆荷载作用下，沥青加铺层低温和高温模量梯度特性、沥青路面结构的各向异性特性对加铺路面结构力学行为的影响（如图2、3）；并通过灵敏度分析（SA）量化了低温和高温模量梯度情况下各向异性程度对沥青加铺层路面结构力学行为的影响。该量化评价基于标准化回归系数（SRC）方法。研究结构可为长寿命沥青加铺路面结构设计提供了理论指导。

图2.考虑低温模量梯度的加铺层路面结构路表弯沉（α为横观各向同性系数）

图3.考虑高温模量梯度的加铺层路面结构路表弯沉（α为横观各向同性系数）

摘要

Asphalt concrete (AC) overlays placed over old asphalt pavement have become an alternative to repairing and reinforcing pavements. The strength contributed by the AC overlay is strongly influenced by the anisotropic properties of the pavement material. This study was conducted to analyze the influence of anisotropy, modulus gradient properties, and the condition of the AC overlay and old pavement contact plane on the mechanical behaviors of AC overlays, as well as to quantify the influence of the degree of anisotropy on the mechanical behaviors of AC overlay by a sensitivity analysis (SA). The mechanical behaviors of the AC overlay were numerically obtained using the three-dimensional finite element method with the aid of ABAQUS, a commercial program. Variations in the AC overlay’s modulus as a function of temperature as well as the contact state between the AC overlay and AC layer were considered. The SA is based on standardized regression coefficients method. Comparing the mechanical behavior in terms of surface deflection, stress, and strain of the anisotropy model against those corresponding to the isotropic model under static loads show that the anisotropic properties had greater effects on the mechanical behavior of the AC overlay. In addition, the maximum shear stress in the AC overlay was the most significant output parameter affected by the degree of anisotropy. Therefore, future research concerning the reinforcement and repair of pavements should consider the anisotropic properties of the pavement materials.

期刊简介

Frontiers of Structural and Civil Engineering（结构与土木工程前沿）是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国Springer公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一，以网络版和印刷版两种形式出版，于2007年1月创刊， 双月刊。其宗旨是面向全球综合展示当前结构与土木工程领域的最新理论和学术前沿进展，成为海内外同行进行学术交流的信息平台与窗口。联合主办单位是中国工程院和同济大学。

本刊主编为同济大学崔俊芝院士、南京水利科学研究院张建云院士和中国工程院外籍院士Surendra P. Shah教授。主要刊登结构与土木工程领域的原创性研究论文（research paper）、综述（review）和案例研究（case study），涉及领域包括岩土与地下工程、结构工程、 桥梁工程、水利与海岸工程、交通工程等。本刊所登论文篇幅不限。

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（来源：科学网）