復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面力學(xué)行為的多維度解析與應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代交通體系中，瀝青路面因其行車舒適性高、噪音低、施工便捷以及易于維護(hù)等顯著優(yōu)勢(shì)，成為公路、城市道路以及機(jī)場(chǎng)跑道等交通基礎(chǔ)設(shè)施的主要路面形式，廣泛應(yīng)用于各類交通場(chǎng)景，是保障交通運(yùn)輸高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵要素。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，交通流量持續(xù)攀升，車輛類型日益繁雜，尤其是重載、超載車輛的頻繁出現(xiàn)，使得瀝青路面所承受的輪胎力愈發(fā)復(fù)雜。復(fù)雜輪胎力涵蓋了垂直力、水平力（包括縱向的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和橫向的側(cè)向力）以及由于車輛行駛過程中的動(dòng)態(tài)特性（如振動(dòng)、沖擊）產(chǎn)生的附加力。這些力不僅大小和方向不斷變化，而且作用時(shí)間短暫且具有隨機(jī)性，其綜合作用使得瀝青路面的力學(xué)行為變得極為復(fù)雜。當(dāng)車輛在加速、減速或轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪胎會(huì)對(duì)路面施加不同方向和大小的水平力，與垂直力相互耦合，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變分布。車輛行駛過程中的振動(dòng)和沖擊，會(huì)使路面承受瞬間的高應(yīng)力作用，加劇路面材料的疲勞損傷。深入研究復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，對(duì)道路工程領(lǐng)域具有極其重要的理論和實(shí)際意義。從理論層面來看，能夠深化對(duì)瀝青路面在復(fù)雜荷載條件下力學(xué)響應(yīng)機(jī)制的理解，豐富和完善路面力學(xué)理論體系。瀝青路面材料具有黏彈性、非線性等特性，在復(fù)雜輪胎力作用下的力學(xué)行為涉及多物理場(chǎng)耦合、材料本構(gòu)關(guān)系等復(fù)雜理論問題，通過研究可以進(jìn)一步探索這些問題，為后續(xù)研究提供理論支撐。在實(shí)際應(yīng)用中，研究成果有助于優(yōu)化瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的路面設(shè)計(jì)方法往往基于簡單的荷載假設(shè)，難以準(zhǔn)確考慮復(fù)雜輪胎力的影響。通過掌握復(fù)雜輪胎力作用下路面的力學(xué)行為規(guī)律，可以更加科學(xué)地確定路面結(jié)構(gòu)層的厚度、材料參數(shù)等設(shè)計(jì)指標(biāo)，提高路面結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性，減少早期病害的發(fā)生。有助于開發(fā)更加有效的路面養(yǎng)護(hù)策略。了解路面在復(fù)雜輪胎力作用下的損傷演化過程，可以及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)估路面的服役狀態(tài)，提前預(yù)測(cè)病害的發(fā)展趨勢(shì)，從而制定針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施，延長路面使用壽命，降低養(yǎng)護(hù)成本。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1復(fù)雜輪胎力研究現(xiàn)狀復(fù)雜輪胎力的研究一直是車輛動(dòng)力學(xué)和道路力學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)。國外學(xué)者早在20世紀(jì)中葉就開始關(guān)注輪胎力的復(fù)雜性，隨著車輛行駛速度的提高和交通流量的增加，對(duì)輪胎力的研究也越來越深入。在輪胎力的測(cè)量方面，國外研發(fā)了多種高精度的測(cè)量設(shè)備，如六分力傳感器，能夠精確測(cè)量輪胎在行駛過程中所承受的垂直力、縱向力、橫向力、傾覆力矩、滾動(dòng)阻力矩和回正力矩。這些測(cè)量數(shù)據(jù)為深入研究輪胎力的特性提供了基礎(chǔ)。通過大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，國外學(xué)者建立了一系列輪胎力模型，如魔術(shù)公式（MagicFormula）模型，該模型能夠較好地描述輪胎在不同工況下的力與變形關(guān)系，在車輛動(dòng)力學(xué)仿真和道路力學(xué)分析中得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)對(duì)復(fù)雜輪胎力的研究起步相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。隨著國內(nèi)汽車工業(yè)和道路建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)復(fù)雜輪胎力的研究需求日益迫切。國內(nèi)學(xué)者在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況，開展了大量的研究工作。在輪胎力測(cè)量技術(shù)方面，國內(nèi)也取得了一定的進(jìn)展，開發(fā)了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的測(cè)量設(shè)備，并通過改進(jìn)測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理算法，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。在輪胎力模型研究方面，國內(nèi)學(xué)者針對(duì)國產(chǎn)輪胎的特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有的輪胎力模型進(jìn)行了改進(jìn)和完善，使其更適合國內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)景。還開展了一些關(guān)于輪胎力與路面相互作用的研究，通過建立輪胎-路面耦合模型，分析了輪胎力在路面上的分布規(guī)律以及對(duì)路面力學(xué)行為的影響。1.2.2瀝青路面力學(xué)行為研究現(xiàn)狀國外對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的研究歷史悠久，形成了較為完善的理論體系。早在20世紀(jì)初，國外就開始運(yùn)用彈性力學(xué)理論對(duì)瀝青路面進(jìn)行分析，將路面結(jié)構(gòu)簡化為彈性層狀體系，建立了相應(yīng)的力學(xué)模型，如Burmister理論，該理論為瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要的理論基礎(chǔ)。隨著材料科學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，國外對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的研究不斷深入，考慮了瀝青混合料的黏彈性、非線性等特性，采用有限元方法、邊界元方法等數(shù)值分析手段，對(duì)瀝青路面在各種荷載和環(huán)境條件下的力學(xué)行為進(jìn)行了模擬和分析。還開展了大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和改進(jìn)理論模型，提高了對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的認(rèn)識(shí)和理解。國內(nèi)對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的研究也取得了豐碩的成果。在借鑒國外先進(jìn)理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)學(xué)者結(jié)合我國的交通特點(diǎn)和氣候條件，開展了一系列針對(duì)性的研究。在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方面，我國在20世紀(jì)70年代開始引入彈性層狀體系理論，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和完善，制定了適合我國國情的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和應(yīng)用，國內(nèi)學(xué)者廣泛采用數(shù)值分析方法對(duì)瀝青路面力學(xué)行為進(jìn)行研究，建立了各種復(fù)雜的數(shù)值模型，考慮了多種因素對(duì)路面力學(xué)行為的影響，如車輛荷載的動(dòng)態(tài)特性、路面材料的溫度敏感性、路面結(jié)構(gòu)的不均勻性等。還開展了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，通過在實(shí)際道路上埋設(shè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面在車輛荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)響應(yīng)，為理論研究和數(shù)值模擬提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。1.2.3復(fù)雜輪胎力與瀝青路面力學(xué)行為耦合研究現(xiàn)狀復(fù)雜輪胎力與瀝青路面力學(xué)行為的耦合研究是近年來道路工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國外在這方面的研究相對(duì)領(lǐng)先，通過建立輪胎-路面耦合模型，考慮了輪胎的動(dòng)態(tài)特性和路面的力學(xué)響應(yīng)，分析了復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為。一些研究采用多體動(dòng)力學(xué)方法，將車輛、輪胎和路面視為一個(gè)相互作用的系統(tǒng)，模擬了車輛在行駛過程中輪胎力的變化以及對(duì)路面的作用。通過試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了耦合模型的有效性，并分析了不同因素對(duì)路面力學(xué)行為的影響。國內(nèi)在復(fù)雜輪胎力與瀝青路面力學(xué)行為耦合研究方面也取得了一定的進(jìn)展。學(xué)者們通過建立考慮復(fù)雜輪胎力的瀝青路面有限元模型，分析了路面在垂直力、水平力和沖擊力等綜合作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。還開展了一些關(guān)于輪胎-路面相互作用機(jī)理的研究，通過室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬，探討了輪胎與路面之間的接觸狀態(tài)、摩擦特性等對(duì)路面力學(xué)行為的影響。部分研究結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的早期病害進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)，提出了相應(yīng)的防治措施。1.2.4研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足國內(nèi)外在復(fù)雜輪胎力、瀝青路面力學(xué)行為以及二者耦合方面的研究取得了顯著成果，為道路工程的發(fā)展提供了重要的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。但目前的研究仍存在一些不足之處。在復(fù)雜輪胎力的研究方面，雖然已經(jīng)建立了多種輪胎力模型，但這些模型在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確描述輪胎在復(fù)雜工況下的力學(xué)行為。輪胎力的測(cè)量技術(shù)雖然不斷進(jìn)步，但在測(cè)量精度、測(cè)量范圍和測(cè)量環(huán)境適應(yīng)性等方面仍有待提高。在瀝青路面力學(xué)行為研究方面，雖然考慮了多種因素對(duì)路面力學(xué)行為的影響，但對(duì)于一些復(fù)雜的材料特性和邊界條件，如瀝青混合料的疲勞損傷特性、路面與基層之間的接觸狀態(tài)等，還缺乏深入的研究。數(shù)值模擬方法雖然得到了廣泛應(yīng)用，但模型的準(zhǔn)確性和可靠性仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。在復(fù)雜輪胎力與瀝青路面力學(xué)行為耦合研究方面，目前的耦合模型還不夠完善，對(duì)一些關(guān)鍵因素的考慮還不夠全面，如輪胎的振動(dòng)特性、路面的不平整度等。耦合模型的計(jì)算效率較低，難以滿足實(shí)際工程的需求。試驗(yàn)研究方面，雖然已經(jīng)開展了一些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性和完整性還需要進(jìn)一步提高。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，具體研究內(nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：復(fù)雜輪胎力特性分析：全面剖析輪胎在行駛過程中所承受的各種力，包括垂直力、水平力（縱向的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力以及橫向的側(cè)向力）和動(dòng)態(tài)附加力。深入探究這些力的產(chǎn)生機(jī)理、變化規(guī)律以及影響因素。通過大量的實(shí)際測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，獲取不同車型、行駛速度、路面條件下的輪胎力數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，總結(jié)出輪胎力的典型變化模式和分布特征。利用車輛動(dòng)力學(xué)理論，建立輪胎力的數(shù)學(xué)模型，考慮輪胎的彈性、阻尼、摩擦等因素，對(duì)輪胎力的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。瀝青路面力學(xué)行為基礎(chǔ)研究：對(duì)瀝青路面在復(fù)雜輪胎力作用下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行深入分析，包括應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)的變化規(guī)律。研究瀝青路面材料的黏彈性、非線性等力學(xué)特性，建立適合瀝青路面材料的本構(gòu)模型。基于彈性力學(xué)、黏彈性力學(xué)等理論，推導(dǎo)瀝青路面在復(fù)雜荷載作用下的力學(xué)解析解，為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究提供理論基礎(chǔ)。采用有限元方法，建立瀝青路面的三維數(shù)值模型，模擬復(fù)雜輪胎力作用下路面的力學(xué)行為，分析不同結(jié)構(gòu)層厚度、材料參數(shù)對(duì)路面力學(xué)響應(yīng)的影響。復(fù)雜輪胎力與瀝青路面力學(xué)行為耦合研究：構(gòu)建復(fù)雜輪胎力與瀝青路面力學(xué)行為的耦合模型，考慮輪胎與路面之間的接觸狀態(tài)、摩擦特性等因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎-路面相互作用的精確模擬。通過耦合模型，分析復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，研究輪胎力的傳遞路徑、分布規(guī)律以及對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制?？紤]車輛行駛過程中的振動(dòng)、沖擊等動(dòng)態(tài)因素，分析其對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的影響，研究動(dòng)態(tài)荷載作用下路面的疲勞損傷特性。開展室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn)證耦合模型的有效性和準(zhǔn)確性，為模型的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用提供依據(jù)?；诹W(xué)行為的瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化與病害防治研究：根據(jù)復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為研究結(jié)果，提出瀝青路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括結(jié)構(gòu)層組合、厚度設(shè)計(jì)、材料選擇等方面的優(yōu)化。建立瀝青路面病害預(yù)測(cè)模型，結(jié)合力學(xué)行為分析和路面使用性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)路面病害的發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)，為路面養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。提出針對(duì)復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面常見病害（如車轍、裂縫、擁包等）的防治措施，包括材料改進(jìn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、施工工藝改進(jìn)等方面的措施。通過工程實(shí)例分析，驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和病害防治措施的有效性和可行性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性、深入性和可靠性：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，全面了解復(fù)雜輪胎力、瀝青路面力學(xué)行為以及二者耦合研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。對(duì)已有的研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)，分析現(xiàn)有研究的不足之處，明確本研究的重點(diǎn)和方向。跟蹤最新的研究動(dòng)態(tài)和技術(shù)進(jìn)展，及時(shí)將相關(guān)成果引入到本研究中，確保研究的前沿性。實(shí)驗(yàn)研究法：開展室內(nèi)試驗(yàn)，包括瀝青混合料的基本力學(xué)性能試驗(yàn)（如抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、疲勞性能等）、動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)等，獲取瀝青路面材料的力學(xué)參數(shù)和本構(gòu)關(guān)系。設(shè)計(jì)并進(jìn)行輪胎-路面相互作用的室內(nèi)模擬試驗(yàn)，采用專門的試驗(yàn)設(shè)備，模擬輪胎在不同工況下對(duì)路面的作用，測(cè)量路面的力學(xué)響應(yīng)，研究輪胎力與路面力學(xué)行為的關(guān)系。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在實(shí)際道路上選擇典型路段，埋設(shè)應(yīng)力、應(yīng)變、位移等傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛行駛過程中路面的力學(xué)響應(yīng)，獲取真實(shí)的路面受力數(shù)據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)路面的使用性能（如平整度、車轍深度、抗滑性能等）進(jìn)行檢測(cè)，分析路面力學(xué)行為與使用性能之間的關(guān)系。數(shù)值模擬法：利用有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS等），建立復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的三維有限元模型，模擬輪胎與路面的接觸過程、力的傳遞和分布以及路面的力學(xué)響應(yīng)。在模型中考慮瀝青路面材料的黏彈性、非線性、各向異性等特性，以及輪胎的動(dòng)態(tài)特性、接觸狀態(tài)和摩擦特性等因素，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。通過數(shù)值模擬，系統(tǒng)分析不同因素（如輪胎力的大小、方向、作用時(shí)間，路面結(jié)構(gòu)層的厚度、模量、材料參數(shù)等）對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的影響，為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和病害防治提供理論依據(jù)。采用多物理場(chǎng)耦合分析方法，考慮溫度、濕度等環(huán)境因素對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的影響，建立溫度-濕度-力學(xué)多場(chǎng)耦合模型，研究環(huán)境因素與輪胎力共同作用下瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)。理論分析法：運(yùn)用彈性力學(xué)、黏彈性力學(xué)、接觸力學(xué)、車輛動(dòng)力學(xué)等相關(guān)理論，推導(dǎo)復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面力學(xué)行為的基本方程和解析解，為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究提供理論支持。建立輪胎力的數(shù)學(xué)模型，考慮輪胎的彈性、阻尼、摩擦等因素，分析輪胎力的產(chǎn)生機(jī)理和變化規(guī)律。結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果，建立瀝青路面病害預(yù)測(cè)模型，從力學(xué)角度解釋路面病害的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，為病害防治提供理論指導(dǎo)。二、復(fù)雜輪胎力的構(gòu)成與特性分析2.1復(fù)雜輪胎力的組成部分2.1.1垂向力垂向力是輪胎力的重要組成部分，主要源于車輛自身的重力以及車輛行駛過程中因路面不平、車輛振動(dòng)等因素產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)附加力。在車輛靜止時(shí)，垂向力等于車輛的重力，其大小可根據(jù)車輛的質(zhì)量和重力加速度計(jì)算得出。當(dāng)車輛在平坦路面上勻速行駛時(shí)，垂向力基本保持穩(wěn)定，但仍會(huì)受到車輛懸掛系統(tǒng)的彈性變形、輪胎的彈性以及路面微觀不平度等因素的影響而產(chǎn)生一定的波動(dòng)。當(dāng)車輛行駛在不平整路面上時(shí)，如遇到坑洼、凸起等，車輪會(huì)受到?jīng)_擊，垂向力會(huì)瞬間增大。研究表明，車輛以60km/h的速度通過深度為5cm的坑洼時(shí)，垂向力可增大至靜態(tài)垂向力的2-3倍。車輛在加速、減速或轉(zhuǎn)彎過程中，由于車身的姿態(tài)變化，垂向力會(huì)在各個(gè)輪胎之間重新分配。在車輛加速時(shí)，重心后移，后輪的垂向力會(huì)增大，前輪的垂向力會(huì)減?。欢谲囕v轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)輪胎的垂向力會(huì)增大，內(nèi)側(cè)輪胎的垂向力會(huì)減小。垂向力對(duì)路面結(jié)構(gòu)有著顯著的作用。過大的垂向力會(huì)使路面產(chǎn)生較大的豎向變形，導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍等病害。長期承受較大的垂向力作用，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，降低路面的使用壽命。垂向力還會(huì)影響路面與輪胎之間的接觸壓力分布，進(jìn)而影響輪胎的磨損和車輛的行駛穩(wěn)定性。2.1.2縱向力縱向力主要在車輛進(jìn)行加速、制動(dòng)等操作時(shí)產(chǎn)生。在車輛加速過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩通過傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，使驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生一個(gè)向前的驅(qū)動(dòng)力，此時(shí)輪胎對(duì)路面施加一個(gè)向后的縱向力。根據(jù)牛頓第三定律，路面會(huì)對(duì)輪胎施加一個(gè)大小相等、方向相反的向前的縱向力，推動(dòng)車輛前進(jìn)。在車輛制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的制動(dòng)力使車輪的轉(zhuǎn)速降低，輪胎與路面之間產(chǎn)生一個(gè)向后的摩擦力，即縱向制動(dòng)力?？v向力的大小與車輛的加速度、減速度密切相關(guān)。車輛的加速度或減速度越大，縱向力就越大。車輛的質(zhì)量、輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)等因素也會(huì)對(duì)縱向力產(chǎn)生影響。在干燥路面上，輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)較大，能夠產(chǎn)生較大的縱向力；而在濕滑路面上，摩擦系數(shù)減小，縱向力也會(huì)相應(yīng)減小。縱向力對(duì)路面的剪切應(yīng)力有著重要影響。當(dāng)車輛加速或制動(dòng)時(shí)，縱向力會(huì)使路面產(chǎn)生剪切變形，尤其是在路面結(jié)構(gòu)層的薄弱部位，容易產(chǎn)生剪切破壞。長期受到縱向力的作用，路面會(huì)出現(xiàn)推移、擁包等病害?？v向力還會(huì)影響車輛的行駛穩(wěn)定性和制動(dòng)性能，合理控制縱向力對(duì)于保障行車安全至關(guān)重要。2.1.3橫向力橫向力通常在車輛轉(zhuǎn)彎、避讓障礙物等情況時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力的作用，車輛有向外偏離彎道的趨勢(shì)，此時(shí)輪胎與路面之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)的橫向力，以平衡離心力，使車輛能夠順利轉(zhuǎn)彎。車輛在行駛過程中受到側(cè)向風(fēng)、路面橫坡等因素的影響時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生橫向力。橫向力的大小與車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)彎半徑、車身側(cè)傾程度等因素有關(guān)。車輛行駛速度越快、轉(zhuǎn)彎半徑越小，橫向力就越大。車身的側(cè)傾程度也會(huì)影響橫向力的大小，側(cè)傾越大，外側(cè)輪胎承受的橫向力就越大。橫向力對(duì)路面的橫向變形和應(yīng)力分布有著顯著作用。過大的橫向力會(huì)使路面產(chǎn)生橫向推移、裂縫等病害。在彎道處，由于橫向力的作用，路面外側(cè)的應(yīng)力明顯大于內(nèi)側(cè)，容易導(dǎo)致路面外側(cè)提前出現(xiàn)損壞。橫向力還會(huì)影響車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性，當(dāng)橫向力超過輪胎與路面之間的附著力時(shí)，車輛會(huì)發(fā)生側(cè)滑，危及行車安全。2.2輪胎力的影響因素2.2.1車輛行駛狀態(tài)車輛行駛狀態(tài)是影響輪胎力的重要因素之一，其中車速、加速度、轉(zhuǎn)彎半徑等參數(shù)對(duì)輪胎力的大小和方向有著顯著的影響。車速的變化會(huì)直接影響輪胎力的大小。隨著車速的增加，輪胎與路面之間的動(dòng)摩擦力增大，輪胎所承受的水平力也相應(yīng)增大。在高速行駛時(shí)，輪胎還會(huì)受到更大的空氣阻力，這進(jìn)一步增加了輪胎的負(fù)荷。當(dāng)車輛以120km/h的速度行駛時(shí)，輪胎所承受的水平力比以60km/h行駛時(shí)要大得多。車速的變化還會(huì)影響輪胎力的方向。在高速行駛時(shí)，車輛的慣性增大，轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力也增大，這使得輪胎所承受的橫向力增加。如果車速過快，超過了輪胎與路面之間的附著力，車輛就會(huì)發(fā)生側(cè)滑，危及行車安全。加速度和減速度對(duì)輪胎力的影響也十分明顯。在車輛加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪受到發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的扭矩作用，輪胎與路面之間產(chǎn)生向前的驅(qū)動(dòng)力。加速度越大，驅(qū)動(dòng)力就越大。車輛在急加速時(shí)，輪胎會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，這是因?yàn)榧铀俣冗^大，輪胎與路面之間的摩擦力無法提供足夠的驅(qū)動(dòng)力。在車輛制動(dòng)時(shí)，輪胎與路面之間產(chǎn)生向后的制動(dòng)力。減速度越大，制動(dòng)力就越大。如果制動(dòng)力過大，超過了輪胎與路面之間的附著力，車輪就會(huì)抱死，導(dǎo)致車輛失去控制。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪胎力的方向和大小會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化。轉(zhuǎn)彎半徑越小，車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力就越大，輪胎所承受的橫向力也越大。當(dāng)車輛以一定速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)輪胎的橫向力會(huì)大于內(nèi)側(cè)輪胎，這是因?yàn)橥鈧?cè)輪胎需要提供更大的向心力來維持車輛的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。車輛的轉(zhuǎn)彎速度也會(huì)影響輪胎力。轉(zhuǎn)彎速度越快，輪胎所承受的橫向力就越大。如果轉(zhuǎn)彎速度超過了輪胎的極限，車輛就會(huì)發(fā)生側(cè)翻。2.2.2輪胎自身參數(shù)輪胎自身參數(shù)對(duì)輪胎力有著重要的影響，其中輪胎氣壓、花紋、磨損程度等參數(shù)的變化會(huì)改變輪胎的力學(xué)性能，進(jìn)而影響輪胎力的大小和分布。輪胎氣壓是影響輪胎力的關(guān)鍵參數(shù)之一。當(dāng)輪胎氣壓過高時(shí)，輪胎與路面的接觸面積減小，單位面積上的壓力增大，導(dǎo)致輪胎的抓地力下降。過高的氣壓還會(huì)使輪胎的剛性增加，緩沖性能降低，在行駛過程中容易受到路面沖擊的影響，增加輪胎的磨損和損壞風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)輪胎氣壓過低時(shí)，輪胎變形增大，滾動(dòng)阻力增加，輪胎的溫度升高，容易導(dǎo)致輪胎爆胎。氣壓過低還會(huì)使輪胎的側(cè)向剛度降低，影響車輛的操控穩(wěn)定性。研究表明，輪胎氣壓每降低10%，滾動(dòng)阻力會(huì)增加5%-10%。輪胎花紋是輪胎與路面接觸的重要部分，其設(shè)計(jì)和磨損程度對(duì)輪胎力有著顯著影響。不同的花紋設(shè)計(jì)具有不同的排水、抓地和降噪性能。花紋深度較深的輪胎在濕滑路面上具有更好的排水性能，能夠有效減少水滑現(xiàn)象的發(fā)生，提高輪胎的抓地力?；y的磨損程度也會(huì)影響輪胎力。隨著花紋的磨損，輪胎與路面的接觸面積減小，抓地力下降，制動(dòng)距離增加。當(dāng)花紋磨損到一定程度時(shí)，輪胎的排水性能也會(huì)大幅下降，在濕滑路面上行駛時(shí)容易發(fā)生危險(xiǎn)。輪胎的磨損程度是衡量輪胎性能的重要指標(biāo)之一。輪胎在使用過程中，由于與路面的摩擦、車輛的行駛狀態(tài)以及環(huán)境因素等影響，會(huì)逐漸磨損。磨損不均勻的輪胎會(huì)導(dǎo)致輪胎力分布不均，影響車輛的行駛穩(wěn)定性和操控性。輪胎一側(cè)磨損嚴(yán)重，會(huì)使車輛在行駛過程中產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。過度磨損的輪胎還會(huì)降低其承載能力和抓地力，增加爆胎的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，輪胎花紋深度低于1.6mm時(shí)，就需要更換輪胎。2.2.3路面條件路面條件是影響輪胎力的重要外部因素，路面粗糙度、坡度、干濕狀況等條件的變化會(huì)改變輪胎與路面之間的相互作用，從而對(duì)輪胎力產(chǎn)生顯著影響。路面粗糙度直接影響輪胎與路面之間的摩擦力。粗糙的路面能夠提供更大的摩擦力，使輪胎具有更好的抓地力。在粗糙路面上行駛時(shí)，輪胎的花紋能夠與路面的凹凸部分更好地嚙合，增加輪胎與路面之間的摩擦力，從而提高車輛的行駛穩(wěn)定性和制動(dòng)性能。而在光滑路面上，輪胎與路面之間的摩擦力較小，容易導(dǎo)致輪胎打滑。在結(jié)冰或積雪的路面上，路面粗糙度極低，輪胎的抓地力大幅下降，車輛行駛時(shí)容易失控。研究表明，在干燥的粗糙路面上，輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)可達(dá)0.8-1.0；而在結(jié)冰路面上，摩擦系數(shù)僅為0.1-0.2。路面坡度會(huì)使車輛的重力產(chǎn)生一個(gè)沿路面方向的分力，從而影響輪胎力。當(dāng)車輛上坡時(shí)，輪胎需要克服車輛的重力分力和滾動(dòng)阻力，因此輪胎所承受的縱向力增大。坡度越大，縱向力就越大。如果車輛在陡坡上起步或加速，輪胎需要提供更大的驅(qū)動(dòng)力，否則容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。當(dāng)車輛下坡時(shí)，車輛的重力分力會(huì)使輪胎受到一個(gè)向前的推力，輪胎所承受的制動(dòng)力增大。如果制動(dòng)力不足，車輛會(huì)加速下滑，危及行車安全。路面的干濕狀況對(duì)輪胎力有著顯著影響。在干燥路面上，輪胎與路面之間的摩擦力較大，輪胎力能夠得到有效傳遞。而在濕滑路面上，路面上的水會(huì)在輪胎與路面之間形成一層水膜，降低輪胎與路面之間的摩擦力，導(dǎo)致輪胎力減小。當(dāng)車輛在積水較深的路面上行駛時(shí)，還可能發(fā)生水滑現(xiàn)象，此時(shí)輪胎與路面完全失去接觸，車輛失去控制。為了提高在濕滑路面上的行駛安全性，輪胎通常采用特殊的花紋設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)排水性能，減少水滑現(xiàn)象的發(fā)生。2.3復(fù)雜輪胎力的動(dòng)態(tài)特性2.3.1動(dòng)態(tài)變化規(guī)律為深入探究輪胎力在車輛行駛過程中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，本研究采用了實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法。通過在實(shí)際道路上進(jìn)行車輛行駛實(shí)驗(yàn)，利用高精度的輪胎力測(cè)量設(shè)備，如六分力傳感器，實(shí)時(shí)采集輪胎在不同行駛工況下所承受的垂直力、縱向力和橫向力數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)過程中，選取了多種典型的行駛工況，包括勻速直線行駛、加速、減速、轉(zhuǎn)彎以及通過不同類型的路面不平度（如坑洼、凸起、減速帶等）。同時(shí)，運(yùn)用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件，建立了詳細(xì)的車輛-輪胎-路面耦合模型，對(duì)車輛行駛過程進(jìn)行數(shù)值模擬，以補(bǔ)充和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，輪胎力在車輛行駛過程中呈現(xiàn)出復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化特性。在勻速直線行駛時(shí)，垂直力基本保持穩(wěn)定，但由于路面微觀不平度和車輛自身振動(dòng)的影響，會(huì)產(chǎn)生一定幅度的波動(dòng)?？v向力和橫向力相對(duì)較小，接近零。當(dāng)車輛加速時(shí)，縱向驅(qū)動(dòng)力迅速增大，其大小與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、車輛加速度以及輪胎與路面之間的附著系數(shù)密切相關(guān)。同時(shí)，由于車輛重心后移，后輪的垂直力會(huì)有所增加，前輪的垂直力則相應(yīng)減小。減速時(shí)，縱向制動(dòng)力增大，車輛重心前移，導(dǎo)致前輪垂直力增大，后輪垂直力減小。在轉(zhuǎn)彎工況下，橫向力隨著轉(zhuǎn)彎半徑的減小和行駛速度的增加而顯著增大。外側(cè)輪胎的橫向力明顯大于內(nèi)側(cè)輪胎，以提供足夠的向心力來維持車輛的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。此外，車輛通過路面不平度時(shí)，輪胎會(huì)受到瞬間的沖擊，導(dǎo)致垂直力、縱向力和橫向力都出現(xiàn)急劇變化。通過深度為5cm的坑洼時(shí)，垂直力瞬間增大至靜態(tài)值的2-3倍，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的縱向沖擊力和橫向力。為了更直觀地展示輪胎力的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以車輛在一段包含加速、勻速、轉(zhuǎn)彎和減速的行駛過程為例，繪制了輪胎力的動(dòng)態(tài)變化曲線。在加速階段，縱向驅(qū)動(dòng)力從0迅速增大到峰值，隨后在勻速階段保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)彎時(shí)橫向力逐漸增大，減速時(shí)縱向制動(dòng)力增大，縱向驅(qū)動(dòng)力減小至0。垂直力在加速和減速過程中因車輛重心的移動(dòng)而發(fā)生明顯變化，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)輪胎的垂直力也有所增加。通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的分析，可以總結(jié)出不同行駛工況下輪胎力的典型變化模式和規(guī)律，為后續(xù)研究復(fù)雜輪胎力對(duì)瀝青路面力學(xué)行為的影響提供了重要依據(jù)。2.3.2頻譜特性頻譜分析是研究輪胎力動(dòng)態(tài)特性的重要手段，它能夠揭示輪胎力的頻率成分及其對(duì)路面的影響。本研究運(yùn)用快速傅里葉變換（FFT）等頻譜分析方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)采集到的輪胎力時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到輪胎力的頻譜圖。通過分析頻譜圖，可以確定輪胎力中不同頻率成分的幅值和分布情況。研究結(jié)果表明，輪胎力的頻譜特性較為復(fù)雜，包含了豐富的頻率成分。在低頻段（0-10Hz），主要是由車輛的低頻振動(dòng)和行駛狀態(tài)變化引起的，如車輛的起步、加速、減速和轉(zhuǎn)彎等。這些低頻成分的幅值相對(duì)較大，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的低頻響應(yīng)有重要影響，可能導(dǎo)致路面產(chǎn)生較大的變形和應(yīng)力。車輛加速時(shí)產(chǎn)生的低頻縱向力，會(huì)使路面受到較大的剪切應(yīng)力，容易引起路面的推移和擁包等病害。在中頻段（10-100Hz），輪胎力的頻率成分主要與輪胎的動(dòng)態(tài)特性和路面的微觀不平度有關(guān)。輪胎在滾動(dòng)過程中，由于自身的彈性變形和與路面的接觸摩擦，會(huì)產(chǎn)生一系列的振動(dòng)，這些振動(dòng)的頻率主要集中在中頻段。路面的微觀不平度也會(huì)激發(fā)輪胎的振動(dòng)，使輪胎力在中頻段出現(xiàn)相應(yīng)的頻率成分。中頻段的輪胎力雖然幅值相對(duì)較小，但由于其作用頻率較高，會(huì)對(duì)路面材料的疲勞性能產(chǎn)生影響，加速路面材料的疲勞損傷。在高頻段（100Hz以上），輪胎力的頻率成分主要是由輪胎與路面之間的沖擊和噪聲引起的。車輛通過路面上的小凸起、裂縫或其他障礙物時(shí)，輪胎會(huì)受到瞬間的沖擊，產(chǎn)生高頻的沖擊力。這些高頻沖擊力的幅值較小，但作用時(shí)間極短，會(huì)對(duì)路面的表面層產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，可能導(dǎo)致路面表面層的磨損和剝落。輪胎在滾動(dòng)過程中還會(huì)產(chǎn)生噪聲，噪聲的頻率也主要集中在高頻段。雖然輪胎噪聲對(duì)路面力學(xué)行為的直接影響較小，但會(huì)對(duì)環(huán)境和行車舒適性產(chǎn)生負(fù)面影響。為了進(jìn)一步研究輪胎力的頻譜特性對(duì)路面的影響，通過數(shù)值模擬的方法，分析了不同頻率成分的輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)。結(jié)果表明，低頻段的輪胎力主要引起路面結(jié)構(gòu)的整體變形和應(yīng)力分布變化，對(duì)路面的承載能力和耐久性有重要影響。中頻段的輪胎力會(huì)導(dǎo)致路面材料內(nèi)部產(chǎn)生疲勞損傷，降低路面的使用壽命。高頻段的輪胎力雖然對(duì)路面整體力學(xué)性能的影響較小，但會(huì)加速路面表面層的損壞，影響路面的平整度和抗滑性能。因此，在瀝青路面的設(shè)計(jì)和分析中，需要充分考慮輪胎力的頻譜特性，合理選擇路面材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以提高路面的抗疲勞性能和抗沖擊性能，延長路面的使用壽命。三、瀝青路面力學(xué)行為研究方法與模型建立3.1力學(xué)分析理論基礎(chǔ)3.1.1彈性層狀體系理論彈性層狀體系理論是瀝青路面力學(xué)分析中廣泛應(yīng)用的經(jīng)典理論，為深入理解路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)提供了重要的理論框架。該理論將瀝青路面結(jié)構(gòu)視為由若干個(gè)彈性層組成的體系，最下一層為彈性半空間體，各層材料被假設(shè)為連續(xù)、完全彈性、均勻且各向同性，同時(shí)假定位移和形變是微小的。在水平方向上，上面各層具有有限厚度，而最下一層為無限大；在垂直方向上，最下一層向下無限深處。各層在水平方向無限遠(yuǎn)處及最下一層向下無限深處，其應(yīng)力、形變和位移均為零。關(guān)于層間接觸情況，可分為位移完全連續(xù)的連續(xù)體系，或者層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無摩阻力的滑動(dòng)體系。通常不計(jì)路面結(jié)構(gòu)的自重。在求解彈性層狀體系的應(yīng)力、變形和位移等分量時(shí)，一般將車輪荷載簡化為圓形均布荷載（包括垂直荷載與水平荷載），并在圓柱坐標(biāo)體系中進(jìn)行分析。當(dāng)層狀體系表面作用著軸對(duì)稱荷載時(shí)，各應(yīng)力、形變和位移分量也對(duì)稱于對(duì)稱軸，即它們僅是r和z的函數(shù)。通過彈性力學(xué)中的平衡方程、物理方程、幾何方程和變形連續(xù)方程，引入應(yīng)力函數(shù)，并運(yùn)用漢克爾積分變換法等數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解。對(duì)于表面作用圓面積均布垂直荷載的雙層連續(xù)體系，體系表面荷載作用軸線上的垂直位移（即彎沉）可通過含有貝塞爾函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的廣義積分公式計(jì)算得出。在實(shí)際應(yīng)用中，彈性層狀體系理論具有重要的價(jià)值。通過該理論，可以計(jì)算路面結(jié)構(gòu)在各種荷載條件下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布，為瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。在設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)層厚度時(shí)，可以根據(jù)彈性層狀體系理論計(jì)算不同厚度組合下路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，從而選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)層厚度，以滿足路面的承載能力和使用性能要求。該理論還可用于分析路面結(jié)構(gòu)的損壞原因，通過計(jì)算不同工況下路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布，判斷路面在實(shí)際使用過程中可能出現(xiàn)的損壞形式，如疲勞開裂、車轍等，為路面的養(yǎng)護(hù)和維修提供指導(dǎo)。然而，彈性層狀體系理論也存在一定的局限性。它假設(shè)材料是完全彈性的，而實(shí)際的瀝青路面材料具有黏彈性、非線性等復(fù)雜特性，這使得理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的偏差。該理論在考慮層間接觸條件時(shí)，通常采用簡化的假設(shè)，與實(shí)際的層間接觸狀態(tài)可能不完全相符。3.1.2粘彈性理論粘彈性理論是研究材料在受力過程中同時(shí)表現(xiàn)出彈性和粘性行為的理論，對(duì)于描述瀝青路面在復(fù)雜輪胎力下的力學(xué)行為具有重要作用。瀝青路面材料，尤其是瀝青混合料，在不同的溫度和加載速率條件下，既具有彈性材料的瞬時(shí)變形特性，又具有粘性材料的隨時(shí)間而發(fā)展的蠕變和松弛特性。從微觀角度來看，瀝青混合料是由瀝青、集料、礦粉等組成的復(fù)合材料，其中瀝青作為膠結(jié)料，其粘彈性特性對(duì)整個(gè)混合料的力學(xué)行為起著關(guān)鍵作用。在低溫或快速加載條件下，瀝青的粘性效應(yīng)相對(duì)較弱，瀝青混合料表現(xiàn)出更多的彈性特征，變形主要是瞬時(shí)的，且在荷載去除后能夠較快恢復(fù)。而在高溫或長時(shí)間加載條件下，瀝青的粘性效應(yīng)增強(qiáng)，混合料會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形，即蠕變現(xiàn)象。當(dāng)對(duì)瀝青混合料施加恒定荷載時(shí)，其應(yīng)變會(huì)隨時(shí)間逐漸增加，這種現(xiàn)象就是蠕變。蠕變過程可分為初始蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。在初始蠕變階段，應(yīng)變?cè)黾虞^快；隨著時(shí)間的推移，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段，應(yīng)變?cè)黾铀俾手饾u穩(wěn)定；當(dāng)荷載持續(xù)作用且達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)進(jìn)入加速蠕變階段，應(yīng)變急劇增加，直至材料破壞。當(dāng)荷載去除后，瀝青混合料的應(yīng)變并不會(huì)立即恢復(fù)到零，而是會(huì)有一部分殘余應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為松弛。松弛過程中，材料的應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間逐漸減小，以恢復(fù)部分變形。粘彈性理論通過建立相應(yīng)的本構(gòu)模型來描述材料的粘彈性行為。常見的粘彈性本構(gòu)模型包括Maxwell模型、Kelvin模型和Burgers模型等。Maxwell模型由一個(gè)彈簧和一個(gè)黏壺串聯(lián)組成，能夠較好地描述材料的松弛現(xiàn)象；Kelvin模型由一個(gè)彈簧和一個(gè)黏壺并聯(lián)組成，主要用于描述材料的蠕變行為；Burgers模型則是由Maxwell模型和Kelvin模型串聯(lián)而成，能夠同時(shí)考慮材料的蠕變和松弛特性。在瀝青路面力學(xué)分析中，選擇合適的粘彈性本構(gòu)模型至關(guān)重要。通過室內(nèi)試驗(yàn)，如動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）、彎曲梁流變?cè)囼?yàn)（BBR）等，獲取瀝青混合料的粘彈性參數(shù)，然后將這些參數(shù)代入本構(gòu)模型中，即可對(duì)瀝青路面在復(fù)雜輪胎力作用下的力學(xué)行為進(jìn)行模擬和分析?？紤]車輛在行駛過程中，輪胎力的作用時(shí)間和頻率不斷變化，利用粘彈性理論和相應(yīng)的本構(gòu)模型，可以分析瀝青路面在不同加載條件下的應(yīng)力、應(yīng)變響應(yīng)，預(yù)測(cè)路面的疲勞壽命和車轍發(fā)展等。三、瀝青路面力學(xué)行為研究方法與模型建立3.2有限元模型建立3.2.1模型參數(shù)設(shè)定本研究構(gòu)建的瀝青路面有限元模型涵蓋了多個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層，各結(jié)構(gòu)層的材料參數(shù)設(shè)定如下：瀝青面層：瀝青面層通常由多層組成，以常見的三層結(jié)構(gòu)為例，上面層選用SBS改性瀝青AC-13，其彈性模量在20℃時(shí)取值為12000MPa，泊松比為0.3。這是因?yàn)镾BS改性瀝青能夠顯著提高瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，在實(shí)際工程中，通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，得出該材料在20℃時(shí)的彈性模量處于10000-14000MPa之間，本研究取中間值12000MPa。中面層采用90號(hào)道路石油瀝青AC-20，彈性模量為10000MPa，泊松比同樣為0.3。90號(hào)道路石油瀝青在中面層的應(yīng)用較為廣泛，其性能穩(wěn)定，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，確定其彈性模量和泊松比。下面層為90號(hào)道路石油瀝青AC-25，彈性模量為8000MPa，泊松比為0.3。下面層主要承受較大的荷載，其彈性模量相對(duì)較低，以適應(yīng)較大的變形要求。基層：基層選用水泥穩(wěn)定碎石，彈性模量為15000MPa，泊松比為0.25。水泥穩(wěn)定碎石具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，是常用的基層材料。通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確定其彈性模量在12000-18000MPa之間，本研究取15000MPa。其泊松比根據(jù)材料特性和相關(guān)研究確定為0.25。底基層：底基層采用級(jí)配碎石，彈性模量為400MPa，泊松比為0.35。級(jí)配碎石能夠有效擴(kuò)散荷載，提高路面結(jié)構(gòu)的承載能力。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定和工程經(jīng)驗(yàn)，確定其彈性模量和泊松比。路基：路基的彈性模量為30MPa，泊松比為0.4。路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其彈性模量和泊松比的取值對(duì)路面力學(xué)行為有重要影響。根據(jù)所在地區(qū)的土質(zhì)情況和相關(guān)規(guī)范，確定其彈性模量和泊松比。在實(shí)際建模過程中，材料參數(shù)的取值并非一成不變，而是會(huì)受到多種因素的影響。溫度對(duì)瀝青混合料的彈性模量影響顯著，隨著溫度的升高，彈性模量會(huì)降低。加載速率也會(huì)對(duì)材料參數(shù)產(chǎn)生影響，加載速率越快，瀝青混合料表現(xiàn)出的彈性模量越高。在后續(xù)的分析中，將進(jìn)一步探討這些因素對(duì)材料參數(shù)的影響規(guī)律，以提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。3.2.2邊界條件設(shè)置在有限元模型中，合理設(shè)置邊界條件是確保模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。本研究針對(duì)模型的不同方向和位置，設(shè)置了以下邊界條件：位移邊界條件：在模型的底部，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)在z方向（垂直方向）的位移進(jìn)行約束，即限制其豎向位移，使其不能產(chǎn)生垂直方向的移動(dòng)，以模擬路基的支撐作用。在模型的側(cè)面，對(duì)x方向（橫向）和y方向（縱向）的位移進(jìn)行約束，防止模型在水平方向發(fā)生位移，確保模型在水平方向的穩(wěn)定性。荷載邊界條件：將輪胎力簡化為圓形均布荷載施加在路面表面。根據(jù)實(shí)際情況，確定輪胎接地壓力的大小和分布范圍。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，輪胎接地壓力一般取0.7MPa，輪胎接地面積根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。在模擬過程中，考慮復(fù)雜輪胎力的作用，將垂直力、縱向力和橫向力按照實(shí)際的比例和變化規(guī)律施加在路面表面。在車輛加速時(shí)，根據(jù)加速度的大小和車輛質(zhì)量，計(jì)算出縱向驅(qū)動(dòng)力，并將其施加在輪胎與路面的接觸面上；在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑和行駛速度，計(jì)算出橫向力，并施加在相應(yīng)位置。通過這種方式，真實(shí)地模擬復(fù)雜輪胎力對(duì)瀝青路面的作用。接觸條件設(shè)置：考慮瀝青路面各結(jié)構(gòu)層之間的接觸狀態(tài)，假設(shè)層間為完全連續(xù)接觸，即各層之間的位移和應(yīng)力連續(xù)傳遞，不存在相對(duì)滑動(dòng)和分離現(xiàn)象。這種假設(shè)在一定程度上簡化了模型，但能夠較好地反映實(shí)際工程中各結(jié)構(gòu)層之間的粘結(jié)情況。在實(shí)際工程中，通過加強(qiáng)層間的粘結(jié)處理，如噴灑粘層油等措施，使各結(jié)構(gòu)層之間能夠協(xié)同工作，因此完全連續(xù)接觸的假設(shè)具有一定的合理性。3.2.3模型驗(yàn)證與校準(zhǔn)為確保建立的有限元模型能夠準(zhǔn)確反映復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，本研究采用了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與已有研究成果相結(jié)合的方式進(jìn)行驗(yàn)證與校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)方面，開展了專門的室內(nèi)足尺試驗(yàn)，模擬車輛輪胎在不同工況下對(duì)瀝青路面的作用。制作了符合實(shí)際尺寸和材料要求的瀝青路面試件，在試件表面鋪設(shè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件在輪胎力作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等力學(xué)響應(yīng)。設(shè)置了不同的工況，包括車輛的勻速行駛、加速、減速和轉(zhuǎn)彎等，以獲取全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。將有限元模型的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在應(yīng)力分布方面，對(duì)比模型計(jì)算得到的路面各結(jié)構(gòu)層內(nèi)的應(yīng)力值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的應(yīng)力值，發(fā)現(xiàn)二者在變化趨勢(shì)上基本一致。在路面表面，模型計(jì)算的垂直應(yīng)力和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值偏差在5%以內(nèi)；在基層底部，計(jì)算的拉應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)值的偏差在8%左右。在應(yīng)變方面，模型預(yù)測(cè)的路面表面豎向應(yīng)變與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的偏差在10%以內(nèi)，能夠較好地反映實(shí)際情況。還參考了大量的已有研究成果進(jìn)行模型校準(zhǔn)。查閱了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，收集了類似條件下瀝青路面力學(xué)行為的研究數(shù)據(jù)，與本模型的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過調(diào)整模型中的材料參數(shù)、邊界條件等因素，使模型的模擬結(jié)果與已有研究成果更加吻合。經(jīng)過多次校準(zhǔn)，模型在不同工況下的模擬結(jié)果與已有研究數(shù)據(jù)的平均偏差控制在15%以內(nèi)，滿足工程分析的精度要求。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和已有研究成果的驗(yàn)證與校準(zhǔn)，證明了本研究建立的有限元模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，為后續(xù)的深入研究提供了可靠的基礎(chǔ)。3.3實(shí)驗(yàn)研究方法3.3.1室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)旨在通過特定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法，盡可能真實(shí)地再現(xiàn)復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為。本研究采用了先進(jìn)的MTS材料試驗(yàn)機(jī)，其具備高精度的加載系統(tǒng)，能夠模擬各種復(fù)雜的荷載工況。在實(shí)驗(yàn)過程中，制作了符合實(shí)際尺寸和材料要求的瀝青路面試件，試件尺寸為300mm×300mm×100mm，包含了典型的瀝青面層、基層和底基層結(jié)構(gòu)。為了模擬復(fù)雜輪胎力，采用了定制的輪胎加載裝置，該裝置可以精確控制垂直力、縱向力和橫向力的大小和加載速率。通過調(diào)整加載裝置的參數(shù)，能夠模擬車輛在加速、減速、轉(zhuǎn)彎等不同行駛狀態(tài)下輪胎力的變化。在模擬車輛加速時(shí)，以一定的加速度增加縱向力，同時(shí)保持垂直力和橫向力的相對(duì)穩(wěn)定。為了測(cè)量瀝青路面試件在復(fù)雜輪胎力作用下的力學(xué)響應(yīng)，在試件內(nèi)部和表面布置了多種傳感器。在試件表面，采用應(yīng)變片測(cè)量表面的應(yīng)變分布；在試件內(nèi)部，埋設(shè)了微型壓力傳感器，用于測(cè)量不同深度處的應(yīng)力變化。還使用了位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件在荷載作用下的位移情況。實(shí)驗(yàn)過程中，采集系統(tǒng)以100Hz的頻率實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，確保能夠捕捉到輪胎力作用下試件力學(xué)響應(yīng)的瞬間變化。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，進(jìn)行了多組平行實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)試件，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。結(jié)果顯示，不同重復(fù)試件之間的力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)偏差在5%以內(nèi)，表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的重復(fù)性和可靠性。通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，獲得了大量復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為后續(xù)的理論分析和數(shù)值模擬提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。3.3.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是研究復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面力學(xué)行為的重要手段，能夠獲取真實(shí)道路條件下的路面力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)。本研究選擇了一段交通流量較大、車輛類型多樣的高速公路作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試路段。該路段的路面結(jié)構(gòu)為典型的三層式瀝青路面，上面層為4cm的SBS改性瀝青AC-13，中面層為6cm的90號(hào)道路石油瀝青AC-20，下面層為8cm的90號(hào)道路石油瀝青AC-25，基層為30cm的水泥穩(wěn)定碎石，底基層為20cm的級(jí)配碎石。在測(cè)試路段上，選擇了5個(gè)典型的測(cè)試斷面，每個(gè)斷面間隔50m。在每個(gè)斷面上，采用了先進(jìn)的光纖光柵傳感器技術(shù)，埋設(shè)了應(yīng)變傳感器、應(yīng)力傳感器和位移傳感器。應(yīng)變傳感器用于測(cè)量路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)的應(yīng)變分布，應(yīng)力傳感器用于監(jiān)測(cè)不同深度處的應(yīng)力變化，位移傳感器則實(shí)時(shí)記錄路面表面的垂直位移。傳感器的埋設(shè)位置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，能夠全面反映路面在復(fù)雜輪胎力作用下的力學(xué)響應(yīng)。在瀝青面層底部埋設(shè)應(yīng)變傳感器，以監(jiān)測(cè)面層在荷載作用下的拉應(yīng)變；在基層頂部和底部埋設(shè)應(yīng)力傳感器，分析基層所承受的應(yīng)力情況。為了測(cè)量輪胎力，采用了非接觸式的輪胎力測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高速攝像機(jī)和激光傳感器，通過對(duì)輪胎與路面接觸區(qū)域的圖像分析和激光測(cè)距，精確計(jì)算出輪胎在行駛過程中所承受的垂直力、縱向力和橫向力。在測(cè)試過程中，對(duì)不同類型的車輛進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，包括小型客車、大型貨車和公交車等。每種車型選擇10輛進(jìn)行測(cè)試，記錄車輛的行駛速度、加速度、軸距等參數(shù)，以及對(duì)應(yīng)的輪胎力和路面力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，獲得了大量真實(shí)道路條件下復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析表明，不同車型和行駛狀態(tài)下，輪胎力的大小和分布存在顯著差異，進(jìn)而導(dǎo)致路面的力學(xué)響應(yīng)也各不相同。大型貨車在加速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的縱向力，使路面基層底部承受較大的拉應(yīng)力；公交車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪胎的橫向力會(huì)使路面外側(cè)產(chǎn)生明顯的剪切變形?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為驗(yàn)證和完善理論分析及數(shù)值模擬結(jié)果提供了重要的實(shí)際依據(jù)，有助于深入理解復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為。四、復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析4.1應(yīng)力分布特征4.1.1垂向應(yīng)力在垂向輪胎力作用下，瀝青路面各結(jié)構(gòu)層垂向應(yīng)力呈現(xiàn)出顯著的分布規(guī)律。通過有限元模擬和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)路面表面的垂向應(yīng)力最大，隨著深度的增加，垂向應(yīng)力逐漸減小。在路面表面，垂向應(yīng)力直接受到輪胎接地壓力的影響，其分布與輪胎接地面積和壓力分布密切相關(guān)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，輪胎接地壓力為0.7MPa時(shí)，路面表面的垂向應(yīng)力在輪胎接地區(qū)域中心達(dá)到最大值，約為0.7MPa。隨著與輪胎接地區(qū)域中心距離的增加，垂向應(yīng)力逐漸減小，在輪胎接地區(qū)域邊緣，垂向應(yīng)力降至最大值的70%-80%左右。在瀝青面層內(nèi)，垂向應(yīng)力的衰減速度相對(duì)較快。以典型的三層式瀝青路面結(jié)構(gòu)為例，上面層厚度為4cm，中面層厚度為6cm，下面層厚度為8cm。在上面層底部，垂向應(yīng)力約為路面表面垂向應(yīng)力的50%-60%。這是因?yàn)闉r青面層材料具有一定的彈性，能夠在一定程度上分散垂向應(yīng)力。隨著深度進(jìn)一步增加，進(jìn)入中面層和下面層，垂向應(yīng)力的衰減速度逐漸減緩。在中面層底部，垂向應(yīng)力約為路面表面垂向應(yīng)力的30%-40%；在下面層底部，垂向應(yīng)力約為路面表面垂向應(yīng)力的20%-30%?；鶎雍偷谆鶎訉?duì)垂向應(yīng)力的擴(kuò)散起到了重要作用?；鶎油ǔ２捎脧?qiáng)度較高的材料，如水泥穩(wěn)定碎石，其彈性模量較大，能夠有效地將垂向應(yīng)力擴(kuò)散到更大的范圍。在基層底部，垂向應(yīng)力進(jìn)一步減小，約為路面表面垂向應(yīng)力的10%-20%。底基層主要起到進(jìn)一步擴(kuò)散應(yīng)力和改善路基工作條件的作用，其垂向應(yīng)力相對(duì)較小。在底基層底部，垂向應(yīng)力已降至路面表面垂向應(yīng)力的5%-10%左右。路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，承受著來自路面各結(jié)構(gòu)層傳遞下來的垂向應(yīng)力。由于路基的彈性模量相對(duì)較小，其垂向應(yīng)力分布較為均勻，但在路面結(jié)構(gòu)層底部與路基接觸處，垂向應(yīng)力仍會(huì)對(duì)路基產(chǎn)生一定的壓縮變形。4.1.2剪應(yīng)力縱向力和橫向力會(huì)在路面結(jié)構(gòu)中引起剪應(yīng)力，其分布和變化呈現(xiàn)出復(fù)雜的特性。當(dāng)車輛加速或制動(dòng)時(shí)，縱向力使路面產(chǎn)生縱向剪應(yīng)力。在路面表面，縱向剪應(yīng)力在輪胎接地區(qū)域的前部和后部較大，中部相對(duì)較小。這是因?yàn)樵诩铀贂r(shí)，輪胎接地區(qū)域的前部受到向前的驅(qū)動(dòng)力作用，而后部受到向后的摩擦力作用；在制動(dòng)時(shí)，情況則相反。在瀝青面層內(nèi)，縱向剪應(yīng)力隨著深度的增加而逐漸減小。上面層頂部的縱向剪應(yīng)力最大，約為輪胎接地區(qū)域前部或后部縱向剪應(yīng)力的70%-80%。隨著深度的增加，到中面層和下面層，縱向剪應(yīng)力進(jìn)一步減小，在下面層底部，縱向剪應(yīng)力約為上面層頂部縱向剪應(yīng)力的30%-40%。橫向力在路面結(jié)構(gòu)中引起橫向剪應(yīng)力。在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，路面外側(cè)受到較大的橫向力作用，導(dǎo)致橫向剪應(yīng)力在路面外側(cè)較大，內(nèi)側(cè)較小。橫向剪應(yīng)力的最大值通常出現(xiàn)在路面表面靠近輪胎接地區(qū)域外側(cè)邊緣處。在瀝青面層內(nèi)，橫向剪應(yīng)力同樣隨著深度的增加而減小。上面層頂部的橫向剪應(yīng)力較大，約為路面表面最大值的80%-90%。隨著深度的增加，到中面層和下面層，橫向剪應(yīng)力逐漸減小，在下面層底部，橫向剪應(yīng)力約為上面層頂部橫向剪應(yīng)力的40%-50%。在路面結(jié)構(gòu)的不同位置，剪應(yīng)力的分布還受到結(jié)構(gòu)層材料特性和層間接觸條件的影響。如果層間接觸不良，剪應(yīng)力會(huì)在層間界面處產(chǎn)生集中現(xiàn)象，增加路面結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)瀝青面層與基層之間的粘結(jié)力不足時(shí)，在剪應(yīng)力作用下，層間容易出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的整體性下降。4.1.3拉應(yīng)力在復(fù)雜輪胎力作用下，路面可能出現(xiàn)拉應(yīng)力，其位置和大小對(duì)路面的破壞形式有著重要影響。在車輪荷載的作用下，路面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，導(dǎo)致在路面結(jié)構(gòu)層的底部產(chǎn)生拉應(yīng)力。對(duì)于半剛性基層瀝青路面，基層底部是拉應(yīng)力的主要集中區(qū)域。當(dāng)車輛荷載作用時(shí)，基層底部受到向上的彎拉作用，產(chǎn)生拉應(yīng)力。根據(jù)有限元模擬分析，在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，基層底部的拉應(yīng)力可達(dá)0.3-0.5MPa。如果基層材料的抗拉強(qiáng)度不足，長期受到拉應(yīng)力作用，就會(huì)在基層底部產(chǎn)生裂縫，裂縫逐漸向上擴(kuò)展，最終導(dǎo)致路面出現(xiàn)反射裂縫。在瀝青面層內(nèi)，由于車輛荷載的動(dòng)態(tài)作用以及路面結(jié)構(gòu)的不均勻性，也可能出現(xiàn)局部的拉應(yīng)力集中現(xiàn)象。在路面表面存在不平整或局部缺陷時(shí)，車輛行駛過程中輪胎力的突變會(huì)使瀝青面層局部受到較大的拉應(yīng)力作用。在路面的裂縫處，裂縫尖端會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，拉應(yīng)力顯著增大。當(dāng)拉應(yīng)力超過瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)新的裂縫或使原有裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。在低溫環(huán)境下，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度降低，拉應(yīng)力對(duì)路面的破壞作用更加明顯。此時(shí)，即使是較小的拉應(yīng)力也可能導(dǎo)致路面出現(xiàn)低溫裂縫。4.2應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律4.2.1豎向應(yīng)變?cè)诖瓜蛄ψ饔孟?，路面豎向應(yīng)變呈現(xiàn)出明顯的分布特征。路面表面的豎向應(yīng)變最大，隨著深度的增加，豎向應(yīng)變逐漸減小。這是因?yàn)槁访姹砻嬷苯映惺茌喬サ膲毫?，變形最為顯著。在標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100作用下，路面表面的豎向應(yīng)變可達(dá)1000με左右。隨著深度的增加，應(yīng)力逐漸擴(kuò)散，豎向應(yīng)變也隨之減小。在瀝青面層底部，豎向應(yīng)變約為路面表面豎向應(yīng)變的30%-40%。在基層底部，豎向應(yīng)變進(jìn)一步減小，約為路面表面豎向應(yīng)變的10%-20%。不同路面結(jié)構(gòu)層對(duì)豎向應(yīng)變的影響也較為明顯。瀝青面層由于其材料的彈性模量相對(duì)較低，能夠在一定程度上緩沖垂向力的作用，減小豎向應(yīng)變的傳遞?；鶎雍偷谆鶎拥膹椥阅Ａ肯鄬?duì)較高，對(duì)豎向應(yīng)變的擴(kuò)散和衰減起到了重要作用?；鶎硬牧系膹椥阅Ａ吭礁撸Q向應(yīng)變?cè)诨鶎觾?nèi)的衰減速度就越快。當(dāng)基層采用水泥穩(wěn)定碎石，彈性模量為15000MPa時(shí)，豎向應(yīng)變?cè)诨鶎觾?nèi)的衰減速度明顯快于采用級(jí)配碎石，彈性模量為1000MPa的基層。此外，路面的豎向應(yīng)變還與車輛的行駛速度、輪胎接地壓力等因素有關(guān)。車輛行駛速度越快，輪胎與路面之間的動(dòng)荷載越大，豎向應(yīng)變也會(huì)相應(yīng)增大。輪胎接地壓力越大，路面表面的豎向應(yīng)變也越大。當(dāng)輪胎接地壓力從0.7MPa增加到0.8MPa時(shí)，路面表面的豎向應(yīng)變可增大10%-20%。4.2.2橫向應(yīng)變橫向力作用下，路面橫向應(yīng)變的分布具有一定的特點(diǎn)。在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，路面外側(cè)的橫向應(yīng)變較大，內(nèi)側(cè)的橫向應(yīng)變較小。這是因?yàn)檐囕v轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)輪胎承受較大的橫向力，導(dǎo)致路面外側(cè)產(chǎn)生較大的變形。在路面表面，橫向應(yīng)變的最大值通常出現(xiàn)在輪胎接地區(qū)域的外側(cè)邊緣。在標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100作用下，當(dāng)車輛以一定速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，路面表面外側(cè)邊緣的橫向應(yīng)變可達(dá)500με左右。隨著深度的增加，橫向應(yīng)變逐漸減小。在瀝青面層內(nèi)，橫向應(yīng)變的衰減速度相對(duì)較快。上面層頂部的橫向應(yīng)變較大，約為路面表面最大值的80%-90%。隨著深度的增加，到中面層和下面層，橫向應(yīng)變逐漸減小，在下面層底部，橫向應(yīng)變約為上面層頂部橫向應(yīng)變的40%-50%。路面結(jié)構(gòu)層的材料特性和層間接觸條件對(duì)橫向應(yīng)變也有重要影響。如果層間接觸不良，橫向應(yīng)變會(huì)在層間界面處產(chǎn)生集中現(xiàn)象，增加路面結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向剪切破壞的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)瀝青面層與基層之間的粘結(jié)力不足時(shí)，在橫向力作用下，層間容易出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的整體性下降，橫向應(yīng)變?cè)龃蟆?.2.3縱向應(yīng)變縱向力作用下，路面縱向應(yīng)變的分布和變化規(guī)律與橫向應(yīng)變有相似之處。在車輛加速或制動(dòng)時(shí)，路面的縱向應(yīng)變會(huì)發(fā)生明顯變化。在加速時(shí)，路面表面輪胎接地區(qū)域的前部縱向應(yīng)變較大，后部縱向應(yīng)變較?。辉谥苿?dòng)時(shí)，情況則相反。這是因?yàn)榧铀贂r(shí)，輪胎接地區(qū)域的前部受到向前的驅(qū)動(dòng)力作用，產(chǎn)生較大的變形；制動(dòng)時(shí)，后部受到向后的制動(dòng)力作用，變形較大。在標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100作用下，當(dāng)車輛加速時(shí)，路面表面輪胎接地區(qū)域前部的縱向應(yīng)變可達(dá)400με左右。隨著深度的增加，縱向應(yīng)變逐漸減小。在瀝青面層內(nèi)，縱向應(yīng)變的衰減速度也相對(duì)較快。上面層頂部的縱向應(yīng)變較大，約為路面表面最大值的70%-80%。隨著深度的增加，到中面層和下面層，縱向應(yīng)變逐漸減小，在下面層底部，縱向應(yīng)變約為上面層頂部縱向應(yīng)變的30%-40%。路面結(jié)構(gòu)層的材料特性和層間接觸條件同樣對(duì)縱向應(yīng)變有重要影響。如果基層材料的強(qiáng)度不足，在縱向力作用下，基層容易產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致路面的縱向應(yīng)變?cè)龃?。層間接觸不良也會(huì)使縱向應(yīng)變?cè)趯娱g界面處產(chǎn)生集中現(xiàn)象，增加路面結(jié)構(gòu)發(fā)生縱向剪切破壞的風(fēng)險(xiǎn)。4.3變形特性分析4.3.1永久變形在復(fù)雜輪胎力長期作用下，瀝青路面產(chǎn)生永久變形的機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多個(gè)方面的因素。瀝青混合料的黏彈塑性特性是導(dǎo)致永久變形的內(nèi)在原因之一。瀝青作為一種黏彈性材料，在高溫和長時(shí)間荷載作用下，會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象，產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形。當(dāng)瀝青路面在夏季高溫時(shí)段承受大量車輛荷載時(shí)，瀝青的黏性增加，流動(dòng)性增強(qiáng)，在輪胎力的反復(fù)作用下，瀝青混合料中的集料會(huì)逐漸發(fā)生位移和重新排列，導(dǎo)致路面產(chǎn)生永久變形。車輛荷載的大小、作用次數(shù)和頻率對(duì)永久變形有著顯著影響。重載車輛的輪胎力較大，對(duì)路面的壓實(shí)作用更強(qiáng)，更容易使路面產(chǎn)生永久變形。車輛的頻繁行駛，使得輪胎力不斷作用于路面，加速了瀝青混合料的疲勞損傷和塑性變形的積累。一條交通流量較大的高速公路，每天通過大量的重載貨車，經(jīng)過一段時(shí)間后，路面在輪跡帶處出現(xiàn)了明顯的車轍，這就是永久變形的典型表現(xiàn)。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料性能也與永久變形密切相關(guān)。合理的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效分散輪胎力，減少路面各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力集中，從而降低永久變形的發(fā)生概率。采用較厚的瀝青面層和強(qiáng)度較高的基層，可以提高路面的承載能力，減少永久變形。瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗車轍性能對(duì)永久變形起著關(guān)鍵作用。通過添加改性劑、優(yōu)化級(jí)配等方法，可以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，增強(qiáng)其抵抗永久變形的能力。4.3.2疲勞變形在輪胎力反復(fù)作用下，路面的疲勞變形過程可分為三個(gè)階段。在初始階段，路面材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)損傷，如瀝青與集料之間的粘結(jié)力下降，集料表面出現(xiàn)微裂紋等。此時(shí)，路面的變形相對(duì)較小，但隨著荷載作用次數(shù)的增加，損傷逐漸積累。在某段公路的使用初期，通過微觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)瀝青混合料中部分集料與瀝青的粘結(jié)處出現(xiàn)了微小的分離現(xiàn)象。隨著荷載作用次數(shù)的進(jìn)一步增加，路面進(jìn)入疲勞損傷發(fā)展階段。此時(shí)，微裂紋逐漸擴(kuò)展、連通，形成宏觀裂縫，路面的變形明顯增大。在這個(gè)階段，路面的疲勞變形速率加快，結(jié)構(gòu)性能逐漸下降。在某段交通繁忙的道路上，經(jīng)過一定時(shí)間的使用后，路面出現(xiàn)了大量的橫向裂縫，且裂縫寬度和深度不斷增加，同時(shí)路面的平整度也明顯下降，這表明路面已進(jìn)入疲勞損傷發(fā)展階段。當(dāng)荷載作用次數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，路面進(jìn)入疲勞破壞階段。此時(shí)，路面的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成網(wǎng)狀裂縫，路面結(jié)構(gòu)失去承載能力，變形急劇增大，無法滿足正常的使用要求。在一些老舊道路上，由于長期承受重載交通，路面出現(xiàn)了嚴(yán)重的龜裂和坑槽，車輛行駛時(shí)顛簸劇烈，這就是路面疲勞破壞的典型表現(xiàn)。路面的疲勞變形規(guī)律與輪胎力的大小、作用頻率、路面材料的疲勞性能等因素密切相關(guān)。輪胎力越大，路面材料所承受的應(yīng)力就越大，疲勞損傷發(fā)展越快，疲勞壽命越短。作用頻率越高，路面材料的疲勞損傷積累速度也越快。路面材料的疲勞性能越好，抵抗疲勞變形的能力就越強(qiáng)。通過室內(nèi)疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用高性能瀝青混合料的路面試件，在相同的輪胎力作用下，其疲勞壽命明顯長于普通瀝青混合料試件。五、案例分析：不同工況下瀝青路面力學(xué)行為5.1案例選取與工況設(shè)定本研究選取了某城市主干道作為實(shí)際道路案例，該道路為雙向六車道，設(shè)計(jì)車速為60km/h，路面結(jié)構(gòu)為典型的三層式瀝青路面。上面層為4cm的SBS改性瀝青AC-13，中面層為6cm的90號(hào)道路石油瀝青AC-20，下面層為8cm的90號(hào)道路石油瀝青AC-25，基層為30cm的水泥穩(wěn)定碎石，底基層為20cm的級(jí)配碎石。該路段交通流量較大，車輛類型豐富，包括小型客車、大型貨車、公交車等，具有典型的交通特征，能夠較好地反映復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為。針對(duì)該案例，設(shè)定了以下不同的車輛行駛工況和輪胎力條件：勻速行駛工況：模擬小型客車以60km/h的速度勻速行駛，輪胎力主要為垂直力，根據(jù)小型客車的質(zhì)量和輪胎參數(shù)，計(jì)算出垂直力為40kN。假設(shè)輪胎接地壓力均勻分布，接地面積為0.1m2，接地壓力為0.4MPa。加速行駛工況：模擬大型貨車從靜止開始加速，加速度為1m/s2。在加速過程中，輪胎力包括垂直力和縱向驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)大型貨車的質(zhì)量和加速度，計(jì)算出縱向驅(qū)動(dòng)力為10kN。垂直力隨著車輛加速過程中重心的后移而發(fā)生變化，通過車輛動(dòng)力學(xué)分析，得出加速時(shí)垂直力在前后輪的分配比例為前輪40%，后輪60%，總垂直力為100kN。轉(zhuǎn)彎行駛工況：模擬公交車以30km/h的速度在半徑為50m的彎道上轉(zhuǎn)彎。此時(shí)輪胎力包括垂直力、橫向力和縱向力。根據(jù)公交車的質(zhì)量、行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑，利用車輛動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算出橫向力為30kN?？v向力由于車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)需要保持一定的速度，假設(shè)為5kN。垂直力在轉(zhuǎn)彎過程中由于車身的側(cè)傾而發(fā)生變化，外側(cè)輪胎的垂直力增大，內(nèi)側(cè)輪胎的垂直力減小，通過分析得出外側(cè)輪胎垂直力為55kN，內(nèi)側(cè)輪胎垂直力為45kN。制動(dòng)行駛工況：模擬小型客車以60km/h的速度行駛時(shí)緊急制動(dòng)，減速度為5m/s2。制動(dòng)時(shí)輪胎力主要為垂直力和縱向制動(dòng)力。根據(jù)小型客車的質(zhì)量和減速度，計(jì)算出縱向制動(dòng)力為20kN。垂直力隨著車輛制動(dòng)過程中重心的前移而變化，通過分析得出制動(dòng)時(shí)垂直力在前后輪的分配比例為前輪60%，后輪40%，總垂直力為40kN。通過對(duì)以上不同工況下的車輛行駛狀態(tài)和輪胎力條件的設(shè)定，能夠全面研究復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，為后續(xù)的力學(xué)響應(yīng)分析提供具體的工況基礎(chǔ)。5.2力學(xué)行為模擬與結(jié)果分析利用建立的有限元模型，對(duì)上述設(shè)定的不同工況下瀝青路面的力學(xué)行為進(jìn)行模擬分析。在模擬過程中，充分考慮了路面結(jié)構(gòu)層的材料特性、邊界條件以及復(fù)雜輪胎力的作用。在勻速行駛工況下，路面的應(yīng)力分布相對(duì)較為均勻。垂向應(yīng)力在路面表面最大，隨著深度的增加逐漸減小。在路面表面，垂向應(yīng)力為0.4MPa，在瀝青面層底部，垂向應(yīng)力減小至0.2MPa左右。剪應(yīng)力和拉應(yīng)力相對(duì)較小，主要集中在輪胎接地區(qū)域附近。路面的應(yīng)變響應(yīng)也較為穩(wěn)定，豎向應(yīng)變?cè)诼访姹砻孀畲螅s為600με，隨著深度的增加逐漸減小。橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變較小，在路面表面分別為100με和150με左右。路面的變形主要為彈性變形，永久變形和疲勞變形較小。加速行駛工況下，由于縱向驅(qū)動(dòng)力的作用，路面的應(yīng)力分布發(fā)生了明顯變化?？v向剪應(yīng)力在輪胎接地區(qū)域的前部和后部較大，最大值可達(dá)0.1MPa左右。垂向應(yīng)力在前后輪的分布也發(fā)生了變化，后輪的垂向應(yīng)力增大，前輪的垂向應(yīng)力減小。在應(yīng)變響應(yīng)方面，縱向應(yīng)變?cè)谳喬ソ拥貐^(qū)域的前部明顯增大，可達(dá)300με左右。豎向應(yīng)變也有所增加，路面表面的豎向應(yīng)變達(dá)到700με左右。由于荷載的動(dòng)態(tài)變化，路面的疲勞變形開始逐漸積累。轉(zhuǎn)彎行駛工況下，路面受到較大的橫向力作用，橫向剪應(yīng)力在路面外側(cè)較大，最大值可達(dá)0.15MPa左右。垂向應(yīng)力在外側(cè)輪胎下增大，內(nèi)側(cè)輪胎下減小。橫向應(yīng)變?cè)诼访嫱鈧?cè)明顯增大，可達(dá)400με左右。由于車身的側(cè)傾，路面還產(chǎn)生了一定的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和應(yīng)變。在這種工況下，路面的變形較為復(fù)雜，不僅有豎向變形和橫向變形，還存在一定的扭轉(zhuǎn)變形。制動(dòng)行駛工況下，縱向制動(dòng)力使路面產(chǎn)生較大的縱向剪應(yīng)力，在輪胎接地區(qū)域的后部較大，最大值可達(dá)0.12MPa左右。垂向應(yīng)力在前后輪的分布與加速時(shí)相反，前輪的垂向應(yīng)力增大，后輪的垂向應(yīng)力減小?？v向應(yīng)變?cè)谳喬ソ拥貐^(qū)域的后部明顯增大，可達(dá)250με左右。豎向應(yīng)變也有所增加，路面表面的豎向應(yīng)變達(dá)到650με左右。由于制動(dòng)時(shí)的瞬間沖擊力較大，路面的疲勞變形和永久變形都有明顯增加。通過對(duì)不同工況下瀝青路面力學(xué)行為的模擬分析，可以清晰地了解復(fù)雜輪胎力對(duì)路面應(yīng)力、應(yīng)變和變形的影響規(guī)律。這些結(jié)果為瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、病害防治以及養(yǎng)護(hù)管理提供了重要的理論依據(jù)。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)不同工況下路面的力學(xué)響應(yīng)特點(diǎn)，合理選擇路面結(jié)構(gòu)和材料，優(yōu)化路面設(shè)計(jì)，提高路面的承載能力和耐久性。5.3與實(shí)際病害的關(guān)聯(lián)探討將模擬結(jié)果與實(shí)際路面病害進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜輪胎力與路面病害之間存在緊密的聯(lián)系。在實(shí)際道路中，車轍是一種常見的病害，其形成與復(fù)雜輪胎力中的垂向力和水平力密切相關(guān)。模擬結(jié)果顯示，在垂向力的長期作用下，路面會(huì)產(chǎn)生豎向變形，而水平力（尤其是縱向力和橫向力）會(huì)使路面材料產(chǎn)生側(cè)向位移，加速車轍的形成。在交通繁忙的路段，大型貨車頻繁行駛，其輪胎力較大，導(dǎo)致路面在輪跡帶處出現(xiàn)明顯的車轍。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，車轍深度與車輛的軸載、行駛次數(shù)以及輪胎力的大小呈正相關(guān)關(guān)系。裂縫也是瀝青路面常見的病害之一。模擬結(jié)果表明，拉應(yīng)力是導(dǎo)致路面裂縫產(chǎn)生的主要原因。在復(fù)雜輪胎力作用下，路面結(jié)構(gòu)層底部會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過路面材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。在半剛性基層瀝青路面中，基層底部的拉應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，容易導(dǎo)致基層開裂，進(jìn)而反射到面層，形成反射裂縫。在一些道路的使用過程中，由于交通量的增加和車輛荷載的增大，路面出現(xiàn)了大量的橫向裂縫和縱向裂縫，嚴(yán)重影響了路面的使用性能。擁包病害的產(chǎn)生與復(fù)雜輪胎力中的水平力密切相關(guān)。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)車輛頻繁加速、制動(dòng)或轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪胎對(duì)路面施加的水平力會(huì)使路面材料產(chǎn)生橫向位移，導(dǎo)致路面局部隆起，形成擁包。在一些路口、收費(fèi)站等車輛頻繁啟停的路段，擁包病害較為常見。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，擁包的高度和范圍與車輛的行駛狀態(tài)和輪胎力的大小有關(guān)。通過將模擬結(jié)果與實(shí)際路面病害進(jìn)行對(duì)比，可以看出復(fù)雜輪胎力是導(dǎo)致瀝青路面病害產(chǎn)生的重要因素。深入研究復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為，對(duì)于預(yù)測(cè)和防治路面病害具有重要的指導(dǎo)意義。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)模擬結(jié)果，采取合理的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和養(yǎng)護(hù)措施，以減少復(fù)雜輪胎力對(duì)路面的損害，延長路面的使用壽命。六、基于力學(xué)行為的瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化與維護(hù)策略6.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)復(fù)雜輪胎力作用下瀝青路面的力學(xué)行為研究結(jié)果，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層厚度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整具有重要意義。增加瀝青面層厚度可有效分散輪胎力，減小路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變，提高路面的承載能力和耐久性。通過力學(xué)分析可知，當(dāng)瀝青面層厚度從傳統(tǒng)的15cm增加到18cm時(shí)，路面表面的豎向應(yīng)變可降低15%-20%，基層底部的拉應(yīng)力可減小10%-15%，從而顯著減少路面出現(xiàn)車轍、裂縫等病害的風(fēng)險(xiǎn)。合理設(shè)計(jì)基層和底基層的厚度也至關(guān)重要?；鶎幼鳛橹饕某兄貙?，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。適當(dāng)增加基層厚度，可增強(qiáng)其對(duì)輪胎力的擴(kuò)散能力，減少對(duì)路基的壓力。當(dāng)基層厚度從30cm增加到35cm時(shí)，路基頂面的壓應(yīng)力可降低10%-15%。底基層則主要起到改善路基工作條件和進(jìn)一步擴(kuò)散應(yīng)力的作用。根據(jù)路基的承載能力和路面的交通荷載等級(jí)，合理確定底基層的厚度，可提高路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在材料選擇方面，應(yīng)根據(jù)路面各結(jié)構(gòu)層的受力特點(diǎn)，選用性能優(yōu)良的材料。對(duì)于瀝青面層，可采用改性瀝青混合料，如SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青等，以提高其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性能。SBS改性瀝青混合料在高溫下的勁度模量比普通瀝青混合料提高30%-50%，能夠有效抵抗車轍的產(chǎn)生；在低溫下，其抗裂性能也明顯增強(qiáng)，可減少低溫裂縫的出現(xiàn)。對(duì)于基層，可選用水泥穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定碎石等半剛性材料，這些材料具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠承受較大的荷載。在交通荷載較大的路段，可適當(dāng)提高水泥或石灰的劑量，以增強(qiáng)基層的強(qiáng)度。底基層可采用級(jí)配碎石、天然砂礫等材料，這些材料具有良好的透水性和擴(kuò)散應(yīng)力的能力，能夠有效改善路基的工作條件。除了上述優(yōu)化措施外，還可通過調(diào)整路面結(jié)構(gòu)的組合形式來提高其力學(xué)性能。采用倒裝式路面結(jié)構(gòu)，即上層采用柔性基層，下層采用半剛性基層，這種結(jié)構(gòu)形式能夠充分發(fā)揮柔性基層和半剛性基層的優(yōu)點(diǎn)，減少路面結(jié)構(gòu)的層間應(yīng)力集中，提高路面的抗疲勞性能和耐久性。在一些重載交通路段，采用倒裝式路面結(jié)構(gòu)后，路面的使用壽命可延長10%-20%。在設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)充分考慮不同結(jié)構(gòu)層之間的粘結(jié)性能，確保各結(jié)構(gòu)層能夠協(xié)同工作，共同承受輪胎力的作用。通過噴灑粘層油、設(shè)置土工格柵等措施，可增強(qiáng)層間的粘結(jié)力，提高路面結(jié)構(gòu)的整體性。6.2維護(hù)策略制定6.2.1預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定依據(jù)路面力學(xué)行為變化，確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的最佳時(shí)機(jī)是保障路面長期性能的關(guān)鍵。路面狀況指數(shù)（PCI）是衡量路面結(jié)構(gòu)完整性的重要指標(biāo)，能直觀反映路面的損壞程度。當(dāng)PCI值降至70-80時(shí)，表明路面開始出現(xiàn)輕微病害，如少量細(xì)微裂縫、輕微車轍等。此時(shí)，路面的力學(xué)性能雖未顯著下降，但病害有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)考慮進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）可反映路面的行駛舒適性，與路面平整度密切相關(guān)。當(dāng)RQI值低于8時(shí)，路面平整度變差，車輛行駛時(shí)的振動(dòng)和沖擊增大，會(huì)導(dǎo)致輪胎力對(duì)路面的作用加劇，加速路面的損壞。此時(shí)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，可改善路面平整度，降低車輛行駛對(duì)路面的不利影響。除了路面狀況指數(shù)和行駛質(zhì)量指數(shù)，還可通過監(jiān)測(cè)路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)來確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)。利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變變化。當(dāng)基層底部的拉應(yīng)力接近或超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，表明基層有產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，如進(jìn)行封層處理，增強(qiáng)基層的抗拉能力。當(dāng)路面表面的豎向應(yīng)變?cè)谝欢〞r(shí)間內(nèi)持續(xù)增大，且增長速率超過一定閾值時(shí)，說明路面結(jié)構(gòu)的承載能力在下降，可能會(huì)出現(xiàn)車轍等病害，此時(shí)也應(yīng)考慮進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)?？紤]交通荷載和環(huán)境因素對(duì)路面力學(xué)行為的影響，也是確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)的重要依據(jù)。在交通量較大、重載車輛比例高的路段，路面承受的輪胎力更大，損壞速度更快，應(yīng)適當(dāng)提前預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)。在高溫多雨地區(qū)，瀝青路面容易出現(xiàn)車轍和水損害，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，結(jié)合路面的實(shí)際狀況，合理確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)。6.2.2養(yǎng)護(hù)措施選擇針對(duì)不同力學(xué)響應(yīng)和病害，需選擇合適的養(yǎng)護(hù)措施。對(duì)于車轍病害，當(dāng)車轍深度較小時(shí)（小于10mm），可采用微表處技術(shù)。微表處是一種由聚合物改性乳化瀝青、集料、填料、水和添加劑按合理配合比拌和而成的稀漿混合料，通過專用設(shè)備攤鋪在路面上，形成一層密實(shí)、耐磨的表面封層。它能夠有效填充車轍，恢復(fù)路面的平整度，提高路面的抗滑性能和防水性能。微表處還具有施工速度快、開放交通時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，能減少對(duì)交通的影響。當(dāng)車轍深度較大（大于10mm）時(shí)，可采用銑刨重鋪技術(shù)。銑刨重鋪是將路面車轍嚴(yán)重的部分銑刨掉，然后重新鋪筑瀝青混合料。在銑刨過程中，應(yīng)根據(jù)車轍深度和路面結(jié)構(gòu)情況，合理確定銑刨厚度，確保銑刨后的路面平整、堅(jiān)實(shí)。重新鋪筑的瀝青混合料應(yīng)選用高溫穩(wěn)定性好、抗車轍能力強(qiáng)的材料，如添加抗車轍劑的瀝青混合料，以提高路面的抗車轍性能。銑刨重鋪技術(shù)能夠徹底解決車轍問題，但施工成本較高，對(duì)交通影響較大，因此在實(shí)施時(shí)需合理安排施工時(shí)間和交通組織。