بررسی اثر فشار باد چرخ بر پاسخ های روسازی های مسلح شده با ژئوسنتتیک با تحلیل ویسکوالاستیک به روش المانهای محدود با استفاده از نرم افزار ABAQUS

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

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

2 استادیار ، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

افزایش فشار باد چرخ کامیون‌ها عاملی است که بر فرآیند برهم‌کنش بین چرخ و روسازی تاثیرگذار خواهد بود. این پدیده موجب کاهش سطح تماس بین چرخ و روسازی شده و می‌تواند خرابی‌هایی را در روسازی‌های آسفالتی ایجاد کند. یکی از روش‌های تقویت روسازی‌های آسفالتی در برابر این خرابی‌ها، استفاده از ژئوسنتتیک است. در این تحقیق سعی شده است تا به روش المان محدود و با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS مدلی سه بعدی از روسازی‌های آسفالتی رایج در ایران ساخته شود و تاثیر افزایش فشار باد چرخ بر این روسازی، در حالت مسلح شده و غیرمسلح، مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. در مدلسازی روسازی، رفتار ویسکوالاستیک برای رویه آسفالتی لحاظ گردیده و با استفاده از مشخصات بتن آسفالتی مورد استفاده در روسازی های ایران، روشی برای تعیین ثابت های پرونی مورد نیاز در تحلیل ویسکوالاستیک ارائه گردیده است. سه نوع ژئوسنتتیک با مدول الاستیسیته مختلف در سه محل متفاوت (زیر لایه آسفالتی، زیر لایه اساس و زیر لایه زیراساس) استفاده شده و تاثیر سه فشار باد چرخ 600، 750 و 900 کیلوپاسکال بر حداکثر کرنش کششی زیر لایه آسفالتی و حداکثر کرنش فشاری روی بستر مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج حاصل از این تحقیق، افزایش فشار باد چرخ عمدتا بر کرنش‌های کششی زیر لایه آسفالتی اثرگذار است و تاثیر چندانی بر کرنش‌های فشاری روی بستر ندارد. علاوه‌براین، مشخص شد که موقعیت بهینه ژئوسنتتیک برای کاهش حداکثر کرنش کششی زیر لایه آسفالتی و حداکثر کرنش فشاری روی بستر، به‌ترتیب، زیر لایه آسفالتی و روی لایه بستر است. همچنین، نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد که تغییرات فشار باد چرخ بر عملکرد ژئوسنتتیک‌ها تاثیری ندارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effects of Tire Pressure on the Responses of Geosynthetic Reinforced Asphalt Pavement Using Finite Elements methods

نویسندگان [English]

  • Hasan Taherkhani 1
  • Amirjavad Moradloo 2
  • Masoud Jalali Jirhandi 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 M.Sc. Grad., Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
3 M.Sc.Grad. Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]

Increasing of tire inflation pressure in recent years is one of the main changes in truck loads characteristics which is highly effective on the interaction of tire and pavement. It results in the reduction of tire imprint surface area leading to the increase of pavement damage. Reinforcement of pavement using geosynthetic is one of the methods to overcome this problem. In this study, the effects of tire inflation pressure on the responses of a typical asphalt pavement reinforced by geosynthetic have been investigated. 3D Finite Elements method using ABAQUS has been utilized for pavement analysis and determination of pavement responses. Viscoelastic behavior was assumed for the asphalt layer and a method was developed for determination of the Proney’s series parameters for a typical asphalt concrete mixture used in Iranian pavements. Three types of geogrid with different elastic modulus has been utilized at three different positions in the pavement structure, and the effects of different tire pressures of 600, 750 and 900 kPa on the two critical  pavement responses of the horizontal tensile strain at the bottom of asphalt layer and the vertical compressive strain on the top of subgrade have been investigated. It is found that, the tire pressure is mainly affect the horizontal tensile strain of the asphalt layer and the compressive vertical strain on the subgrade is not significantly affected by the tire pressure. The results also show the optimum position of the geogrid for reducing the horizontal tensile strain of the asphalt layer is at the bottom of asphalt layer and that for reduction of the compressive strain on the subgrade is beneath the sub-base layer. it is also found that the performance of geogrid in reduction of the tensile and compressive strain is not affected by the tire pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • asphalt pavement
  • tire pressure
  • geosythetic
  • Viscoelastic
  • Finite elements

مراجع

-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.
-Abu-Farsakh, M., Gu, J., Voyiadjis, G. and Chen, Q. (2013) "Numerical study of the benefits of geogrid base reinforcement on the rutting performance of flexible pavements", Proceedings of the Geo-Congress, San Diego, California, March 3-7, 2013, pp. 371-382.
-Al-Qadi, I. L., Dessouky, S., Kwon, J. and Tutumluer, E. (2008) "Geogrid in flexible pavements: validated mechanism", Journal of the Transportation Research Board, No. 2045, pp. 102-109.
-Al-Qadi, I. L., Dessouky, S., Tutumluer, E. and Kwon, J. (2011) "Geogrid mechanism in low volume flexible pavements: accelerated testing of full scale heavily instrumented pavement sections", International Journal of Pavement Engineering, Vol. 12, No. 2, pp. 121-135.
-Al-Qadi, I. L. and Wang, H. (2011) "Prediction of tire-pavement contact stresses and analysis of asphalt pavement responses: a decoupled approach", Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 80, pp. 289-316.
-Al-Qadi, I. L., Yoo, P. J., Elseifi, M.A. and Janajreh, I. (2005) "Effects of tire configurations on pavement damage (with discussion)", Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 74, pp. 921-962.
-Ameri, M., Mansourian, A., HeidaryKhavas, M., Aliha, M. R. M. and Ayatollahi, M. R. (2011) "Cracked asphalt pavement under traffic loading – A 3D finite element analysis", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 78, No. 8, pp. 1817-1826.
-Chatti, K., Salama, H. and El Mohtar, C. (2004) "Effect of heavy trucks with large axle groups on asphalt pavement damage", the 8th International Symposium on Heavy Vehicle Weights and Dimensions, March 14-18, 2004 Johannesburg, South Africa.
-Ferrotti, G., Canestrari, F., Pasquini, E. and Virgili, A. (2012) "Experimental evaluation of the influence of surface coating on fiberglass geogrid performance in asphalt pavements", Geotextiles and Geomembranes, Vol. 34, pp. 11-18.
-Kwon, J., Tutumluer, E. and Konietzky, H. (2008) "Aggregate base residual stresses affecting geogrid reinforced flexible pavement response", International Journal of Pavement Engineering, Vol. 9, No. 4, pp. 275-285.
-Liao, Y. (2007) "Viscoelastic FE modeling of asphalt pavements and its application to U.S. 30 perpetual pavement", Ph.D. Thesis, Faculty of the Russ College of Engineering and Technology of Ohio University.
-Nazzal, M., Abu-Farsakh, M. and Mohammad, L. (2010) "Implementation of a critical state two-surface model to evaluate the response of geosynthetic reinforced pavements," International Journal of Geomechanics, Vol. 10, No. 5, pp. 202-212.
-Pożarycki, A. and Garbowski, T. (2013) "Laboratory testing of fatigue crack growth in geosynthetically reinforced large scale asphalt pavement samples", Procedia Engineering, Vol. 57, pp. 922-928.
-Rota, V. (2011) “Finite element analysis and laboratory investigation of reinforced road pavements,”Ph. D. Thesis, University of Parma, Parma.
-Saad, B., Mitri, H. and Poorooshasb, H. (2006) "3D FE analysis of flexible pavement with geosynthetic reinforcement", Journal of Transportation Engineering, Vol. 132, No. 5, pp. 402-415.
-Wang, F. (2005) "Mechanistic-empirical study of effects of truck tire pressure on asphalt pavement performance", Ph.D. Thesis, University of Texas at Austin.
-Wang, H. and  Al-Qadi, I. L. (2009) "Combined effect of moving wheel loading and three-dimensional contact stresses on perpetual pavement responses", Journal of the Transportation Research Board, No. 2095, pp. 53-61.
 
-Witczak, M.W. and Bari, J. (2004) "development of a master curve (e*) database for lime modified asphaltic mixtures", Research Project, Arizona State University.
-Xie, S. and Zheng, C. (2003) "Effects of the tire-pavement contact pressure on asphalt pavement", Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, October, Vol. 4, pp. 401-407.
-Yang, X. and You, Z. (2014) "New predictive equations for dynamic modulus and phase angle using a nonlinear least-squares regression model", Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, 0899-1561/04014131(8).
-آیین­نامه روسازی آسفالتی راه­های ایران- نشریه شماره 234 (1390) تجدید نظر اول،  معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور.
-شفابخش، غلامعلی و طالب­صفا، محسن (1393) "ارزیابی تحلیلی تاثیر توزیع تنش غیریکنواخت و فشار باد چرخ بر تحلیل روسازی آسفالتی"، مجموعه مقالات هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، بابل، اردیبهشت 17-18، 1393.
-طاهرخانی، حسن و صولتیان، اِحسان (1390)، "تحلیل و طراحی روسازی،" انتشارات دانشگاه زنجان، ایران.
-کاووسی، امیر و بابازاده، علی (1387) "بررسی روش­های تجربی تعیین مدول دینامیکی مخلوط­های آسفالتی در روسازی­های کشور جهت طراحی روسازی در سطوح مختلف"، مجموعه مقالات چهارمین همایش قیر و آسفالت ایران، تهران، آبان 21-22، 1387، ص 111-127.
-کی­منش، محمودرضا، میرشکاریان بابکی، مهرداد و شفیع­پور مرجی، ابوذر (1393) "ارزیابی تحلیلی اثر اضافه بار بر خرابی­های روسازی آسفالتی با استفاده از روش اجزا محدود،" مجموعه مقالات هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، بابل، اردیبهشت 17-18، 1393.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 04 فروردین 1394
  • تاریخ بازنگری: 23 مهر 1394
  • تاریخ پذیرش: 14 دی 1394

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار