بررسی تاثیر فشار باد لاستیک و وزن محور بر روی پاسخ روسازی ترک خورده با استفاده از روش اجزاء محدود

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

در این پژوهش با استفاده از روش المانهای محدود و به کار گیری نرم افزار ABAQUS مدلهای سه بعدی از روسازی ترک خورده و ترک نخورده ساخته شده و تاثیر فشار باد لاستیک و وزن محور بر روی پاسخ آنها مورد بررسی قرار گرفته است. پاسخ های روسازی های ترک خورده و ترک نخورده، شامل کرنش کششی زیر لایه آسفالتی ، کرنش فشاری روی بستر ، تغییر شکل روسازی و ضرایب شدت تنش در مدهای مختلف تحت محور ساده با زوج چرخ، با وزن محور 2/8تن و 4 فشار باد لاستیک مختلف 80 ،100 ، 120 و psi150 تعیین شده اند. ترک های به کار رفته در مدلسازی ترکهای طولی با طول، عمق و موقعیت معین نسبت به چرخ ها بوده که در دو حالت بالا به پایین و پایین به بالا بررسی گردیده اند. همچنین، به منظور بررسی تاثیر وزن محور بر روی پاسخ ها، محور ساده با وزن های مختلف و فشار ثابت در تحلیل به کار رفته و پاسخ ها مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند با افزایش فشار باد لاستیک و وزن محور میزان حداکثر کرنش کششی زیر لایه آسفالتی و کرنش فشاری روی بستر افزایش می یابد. اما، مقدار پاسخ ها عموما، برای روسازی های با ترکهای بالا به پایین بحرانی تر از روسازی های با ترک پایین به بالا می باشند. مقایسه انجام یافته بین روسازی دارای ترک و روسازی بدون ترک نشان دهنده آن است که مقادیر کرنش کششی زیر لایه آسفالتی و کرنش فشاری روی بستر در روسازی ترک خورده ممکن است تا حدود 60 درصد بیشتر از روسازی بدون ترک باشد. همچنین، نتایج بیانگر آن است که ضرایب شدت تنش با افزایش فشار باد لاستیک و وزن محور افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the effects of tire pressure and axle load on the responses of cracked asphalt pavement using finite element analysis

نویسندگان [English]

  • Hassan Taherkhani 1
  • Hosein Khaleghi 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 MSc. Grad., Department of Civil Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the effects of varying tire pressure and axle load on the responses of cracked asphalt pavements are investigated. Traditionally, linear elastic methods are used for pavement analysis and determination of pavement responses. Three dimensional Finite Elements method using ABAQUS has been utilized for modeling and analysis of cracked pavement under dynamic loading. Pavement responses including the maximum tensile strain in asphaltic layer, the maximum compressive strain on the sub-grade, the maximum vertical deflection of surface, and the stress intensity factors under standard 8.2 ton single axle load at different tire pressures of 80, 100, 120 and 150psi and single axle at different loads of 5, 8.2 and 15ton, all at the same tire pressure of 100psi, have been evaluated. Longitudinal top down and bottom up cracks with the similar geometry and position relative to the load have been considered for evaluation. All pavement materials have been modeled with linear elastic behavior. The results show that the pavement responses increase with increasing tire pressure and axle load with higher values for the cracked pavement compared with the pavement without crack. The rate of variation of the pavement responses with tire pressure and axle load is different for the sections with top down and bottom cracks, with, generally, a higher rate for the top down crack. In addition, it is found that the top down cracking results in higher tensile strain, surface deflection and stress intensity factor in mode I than the bottom up cracking, while the compressive strain on the sub-grade and stress intensity factor in mode II is higher on the pavement with bottom up cracking. The tensile strain in asphalt layer and the compressive strain of sub-grade in cracked sections is found to be up to 60% higher than in the control section without crack.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cracked asphalt pavement
  • Crack
  • Finite Element
  • tire pressure
  • axle load
-فخری، م.  و فرخی، م. (1389)، "بررسی نحوه گسترش ترک های بالا به پایین در روسازی های آسفالتی با فرضیه مکانیک شکست"، مجله علمی پژوهشی عمران مدرس ، پاییز1389.
- مقدس  نژاد، ف. (1386) ،"کاربرد ژئوسنتتیکها در روسازی آسفالتی جهت کنترل ترکهای انعکاسی" ، پژوهشکده حمل و نقل، وزارت راه و شهرسازی.
-Abdel-Motaleb, M.E., (2007) “Impact of high-pressure truck tires on pavement design in Egypt”, Emirates Journal for Engineering Research, Vol. 12, No. 2, pp. 65-73.
-Anderson, B. (2005) "Fracture mechanics: fundamentals and applications”, CRC, London, UK.
-Beena Sukumaran, B. (2004) “Three dimensional finite element modeling of flexible pavement”, FAA Worldwide Airport Technology Transfer Conference Atlantic City, New Jersey, USA
-Chen, H. H., Marshek, K. M. and Saraf, C. L. (1990) “Effects of truck tire contact pressure distribution on the design of flexible pavements: a three dimensional finite element approach”, Transportation Research Record, No. 1095, pp.7278
-Dave, E. V.,  Song, S. H., Buttlar, W. G. and  Paulino, G. H. (2007) “Reflective and thermal cracking modeling of asphalt concrete overlays” Proc., Advance Characterization of Pavement and Soil Engineering Materials, pp. 1241-1252.
-Fan, Z. (2011) “Load and temperature on the asphalt pavement top-down cracking of finite element analysis”. Ph.d Thesis, Changsha University of Science and Technology, China.
Florida Department of Transportation. Research Center (2002) “Implementation of SHRP indirect tension tester to mitigate cracking in asphalt pavements and overlays”, Reynaldo Roque.
-Hui, L.,Hong-ping Z., Yu M. and Chuan-yao, C. (2010) “Simulation of top-down crack propagation in asphalt pavements”,  Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering) vol. 3, pp.52-63.
-Huang, Y. (2004) “Pavement analysis and design”, Prentice Hall, New York, USA.
-Liao, G. and Huang, X. (2008) “Application of ABAQUS finite element software in road engineering”, Southeast University Press, Nanjing.
-Muhammad N. S. and Bodhinayake, B. C. (2003) “Non-Linear finite element analysis of flexible pavements”, Advances in Engineering Software 34, pp. 657-662.
-Paris, P. and Erdogan, F.  (1963) “A critical analysis of crack propagation laws”, Journal of Basic Engineering, Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, December, pp. 528-53
-Rahman M. T. , Mahmud K.  and Ahsan S. (2011) “Stress strain characteristics of flexible pavement using Finite Element Analysis” International Journal of Civil and Structural Engineering, Volume 2, No 1, pp. 352-364.
- Seong, H. S., Glaucio, H. P. and William, G. B. (2006) “Simulation of crack propagation in asphalt concrete using an intrinsic cohesive zone model”, Journal of Engineering Mechanics © ASCE / November 2006.
-Sun, L. and  Duan, Y. (2013) “Dynamic response of top-down cracked asphalt concrete pavement under a half-sinusoidal impact load” , Springer-Verlag Wien  vol. 2, pp.16-25.
-Sun, L. and Hudson, W.R. (2005) “Probabilistic approaches for pavement fatigue cracking prediction based on cumulative damage using Miner’s law” J. Eng. Mech. ASCE 131, 546–549.
-Xinjun, L. and Marasteanu, M. (2010) “The fracture process zone in asphalt mixture at low temperature”  Engineering Fracture Mechanics, vol. 77, no. 7, pp. 1175-1190.
-Yanjing, Z., Fujian, N. and Lan, Z. (2011) “Viscoelastic response of reflective cracking under dynamic vehicle loading in asphalt concrete pavements”, ASCE, (5), pp.1021-1033.
- Zheng, C. and Xie, S. (2003). “Effects of the tire-pavement contact pressure on asphalt pavement”. Proceedings of the eastern asia society for transportation studies, (4), 401-407.