بررسي تاثير فشار باد لاستيك و وزن محور بر روي پاسخ روسازي ترك خورده با استفاده از روش اجزاء محدود

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

در اين پژوهش با استفاده از روش المانهاي محدود و به كار گيري نرم افزار ABAQUS مدلهاي سه بعدي از روسازي ترك خورده و ترك نخورده ساخته شده و تاثير فشار باد لاستيك و وزن محور بر روي پاسخ آنها مورد بررسي قرار گرفته است. پاسخ هاي روسازي هاي ترك خورده و ترك نخورده، شامل كرنش كششي زير لايه آسفالتي ، كرنش فشاري روي بستر ، تغيير شكل روسازي و ضرايب شدت تنش در مدهاي مختلف تحت محور ساده با زوج چرخ، با وزن محور 2/8تن و 4 فشار باد لاستيك مختلف 80 ،100 ، 120 و psi150 تعيين شده اند. ترك هاي به كار رفته در مدلسازي تركهاي طولي با طول، عمق و موقعيت معين نسبت به چرخ ها بوده كه در دو حالت بالا به پايين و پايين به بالا بررسي گرديده اند. همچنين، به منظور بررسي تاثير وزن محور بر روي پاسخ ها، محور ساده با وزن هاي مختلف و فشار ثابت در تحليل به كار رفته و پاسخ ها مورد بررسي قرار گرفته اند. نتايج نشان مي دهند با افزايش فشار باد لاستيك و وزن محور ميزان حداكثر كرنش كششي زير لايه آسفالتي و كرنش فشاري روي بستر افزايش مي يابد. اما، مقدار پاسخ ها عموما، براي روسازي هاي با تركهاي بالا به پايين بحراني تر از روسازي هاي با ترك پايين به بالا مي باشند. مقايسه انجام يافته بين روسازي داراي ترك و روسازي بدون ترك نشان دهنده آن است كه مقادير كرنش كششي زير لايه آسفالتي و كرنش فشاري روي بستر در روسازي ترك خورده ممكن است تا حدود 60 درصد بيشتر از روسازي بدون ترك باشد. همچنين، نتايج بيانگر آن است كه ضرايب شدت تنش با افزايش فشار باد لاستيك و وزن محور افزايش مي يابد.

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 subgrade, 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 subgrade 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 subgrade in cracked sections is found to be up to 60% higher than in the control section without crack.