Finite element and fatigue analysis of flexible pavements based on temperature profile modeling

Seoyoung Cho; Éva Lakatos

doi:10.7409/rabdim.022.006

Opublikowane: 2022-06-29

Tom 21 Nr 2 (2022)

Analiza MES i zmęczeniowa nawierzchni podatnych na podstawie modelowania rozkładu temperatury

Seoyoung Cho , Éva Lakatos

Dział: Artykuły

https://doi.org/10.7409/rabdim.022.006

Abstrakt

W przypadku podatnych nawierzchni drogowych wpływ temperatury ma bardzo duże znaczenie ze względu na właściwości lepiszcza zastosowanego w warstwach asfaltowych. Aby wyeliminować w obliczeniach zmienność właściwości mechanicznych warstw asfaltowych, zastosowano temperaturę ekwiwalentną – stałą pojedynczą wartość temperatury, przy której szkoda zmęczeniowa w ciągu roku powinna w założeniu odpowiadać łącznej wielkości szkód zmęczeniowych przy rzeczywistych zmiennych warunkach pogodowych. Celem przedstawionych badań było obliczeniowe porównanie pracy nawierzchni przy realistycznych danych temperaturowych z okresu jednego roku z wynikami tradycyjnej metody z temperaturą ekwiwalentną. Dane temperaturowe pozyskano z założonej wcześniej stacji meteorologicznej. Lepkość asfaltu i moduł dynamiczny mieszanki mineralno-asfaltowej zostały określone na podstawie profilu temperatury w warstwach asfaltowych podzielonych na 19 podwarstw. Taki podział miał na celu lepsze odzwierciedlenie zmian właściwości mechanicznych warstw asfaltowych w zależności od głębokości. Porównanie z prostszymi obliczeniami wykonanymi z zastosowaniem temperatury ekwiwalentnej wykazało, że opisany w artykule bardziej szczegółowy model może zapewnić lepszą prognozę wytrzymałości zmęczeniowej nawierzchni. Duży nacisk położono na dyskretyzację warstw asfaltowych w celu odzwierciedlenia zmienności temperatury i jej wpływu na właściwości mechaniczne mieszanek asfaltowych. Temperatura każdej z podwarstw została oszacowana zgodnie z zaleceniami niemieckimi, moduły dynamiczne warstw asfaltowych zostały określone z pomocą modelu Witczaka, zaś analiza obliczeniowa konstrukcji nawierzchni została przeprowadzona z zastosowaniem metody elementów skończonych.

Słowa kluczowe:

metoda elementów skończonych, modelowanie nawierzchni podatnych, modelowanie temperatury, profil temperatury.

Podobne artykuły

Marcin Błaszczak, Karol J. Kowalski, Jan Król, Metoda oceny współczynnika tarcia, głębokości makrotekstury i poziomu dźwięku za pomocą analizy obrazu pola kontaktu opony z nawierzchnią , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 2 (2015)
Roman Nagórski, Paweł Tutka, Magdalena Złotowska, Dobór obszaru i warunków brzegowych modelu nawierzchni drogowej podatnej w analizie metodą elementów skończonych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 16 Nr 4 (2017)
Piotr Radziszewski, Jerzy Piłat, Michał Sarnowski, Karol J. Kowalski, Jan B. Król, Wpływ wysokiej temperatury na właściwości materiałów stosowanych w konstrukcjach asfaltowych nawierzchni mostowych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 3 (2015)
Mirosław Graczyk, Józef Rafa, Leszek Rafalski, Adam Zofka, Nowe rozwiązanie analityczne zadania przepływu i refrakcji ciepła w nawierzchni warstwowej , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 1 (2014)
Parth Panchmatia, Michał A. Glinicki, Jan Olek, Wpływ składu mieszanki na właściwości termiczne betonu oraz parametry funkcjonalne nawierzchni sztywnych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 3 (2014)
Jarosław Górszczyk, Wanda Grzybowska, Analizy termiczne asfaltowej nawierzchni drogowej z wykorzystaniem MES , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 10 Nr 4 (2011)
Malwina Spławińska, Piotr Zieliński, Piotr Burnos, Wpływ zmienności natężeń ruchu pojazdów ciężkich oraz temperatury na trwałość zmęczeniową konstrukcji nawierzchni drogowej , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 2 (2015)
Przemysław Górnaś, Andrzej Pożarycki, Wybrane cechy numerycznych modeli MES w analizie odwrotnej konstrukcji nawierzchni jezdni , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 3 (2014)
Roman Nagórski, Krzysztof Błażejowski, Magdalena Nagórska, Analiza porównawcza ugięć i odkształceń dwóch nawierzchni drogowych o dużym obciążeniu ruchem , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 1 (2015)
Beata Gajewska, Marcin Gajewski, Cezary Kraszewski, Analiza podatnej nawierzchni drogowej na podłożu z inkluzją w postaci kanału wykonanego wzdłuż osi jezdni , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 17 Nr 4 (2018)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >>

Możesz również Rozpocznij zaawansowane wyszukiwanie podobieństw dla tego artykułu.

Pobierz pliki

PDF

Zasady cytowania

Cho, S., & Lakatos, Éva. (2022). Analiza MES i zmęczeniowa nawierzchni podatnych na podstawie modelowania rozkładu temperatury. Roads and Bridges - Drogi I Mosty, 21(2), 103–116. https://doi.org/10.7409/rabdim.022.006

Cited by / Share

Bibliografia

Guide for Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures. National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), 1-47A Report, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, 2004
Google Scholar

Guidelines for mathematical dimensioning of foundations of traffic surfaces with a course asphalt surface RDO. Research Society for Roads and Traffic, Berlin, 2009
Google Scholar

Barber S.E.: Calculation of Maximum Pavement Temperatures from Weather Reports. Highway Research Board Bulletin, 168, 1957, 1-8
Google Scholar

Rumney T.N., Jimenez R.A.: Pavement Temperatures in the Southwest. 50th Annual Meeting of the Highway Research Board, Washington, 1971
Google Scholar

Southgate H.F., Deen R.C.: Temperature Distribution Within Asphalt Pavements and Its Relationship to Pavement Deflection. Highway Research Record, 291, 1969, 116-131
Google Scholar

Thompson R.M., Dempsey J.B., Hill H., Vogel J.: Characterizing temperature effects for pavement analysis and design. 66th Annual Meeting of the Transportation Board, Washington, 1987, http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/trr/1987/1121/1121-003.pdf (21.12.2021)
Google Scholar

Duncan J.M., Monismith L.C., Wilson L.E.: Finite Element Analyses of Pavements. Highway Research Record, 228, 1968, 18-33
Google Scholar

Burmister D.M.: The general Theory of Stresses and Displacements in Layered Systems I. Journal of Applied Physics, 16, 2, 1945, 89-94, DOI: 10.1063/1.1707558
Google Scholar

Tóth C., Primusz P.: New Hungarian mechanistic-empirical design procedure for asphalt pavements. Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 15, 1, 2020, 161-186, DOI: 10.7250/bjrbe.2020-15.466
Google Scholar

Tóth C., Pethő L.: Calculating the equivalent temperature for mechanistic pavement design according to the French method for Hungarian climatic conditions. Acta Technica Jaurinensis, 14, 3, 2021, DOI: 10.14513/actatechjaur.00602
Google Scholar

Pszczoła M., Judycki J.: Equivalent temperature for design of airport pavements using mechanistic-empirical methods. 2nd Annual International Conference “Airport pavements”, Strbske Pleso, Slovak Republic, 2014, https://www.researchgate.net/publication/262186813_Equivalent_temperature_for_design_of_airport_pavements_using_mechanistic-empirical_methods (21.12.2021)
Google Scholar

AASHTO: Mechanistic-empirical pavement design guide. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, 2008
Google Scholar

Monismith L.C., Hicks G.R., Finn N.F., Sousa J., Harvey J., Weissman S., Deacon J., Coplantz J., Paulsen G.: Permanent deformation response of asphalt aggregate mixes. National Research Council, Washington, 1994
Google Scholar

Nagórski R., Tutka P., Złotowska M.: Defining the domain and boundary conditions for finite element model of flexible road pavement. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 16, 4, 2017, 265-277, DOI: 10.7409/rabdim.017.017
Google Scholar

LTPP Computed Parameter: Dynamic modulus. Federal Highway Administration, McLean, 2011
Google Scholar

Mechanistic-empirical pavement design specification. Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT), Seoul, 2015
Google Scholar

Guide to Pavement Technology, Part 2: Pavement Structural Design. Austroads Ltd., Sydney, 2017
Google Scholar

Seoyoung Cho

cho.seoyoung@emk.bme.hu

Afiliacja:

Budapest University of Technology and Economics, Department of Highway and Railway, Műegyetem rkp. 3, K épület magasföldszint 98, 1111 Budapest, Węgry

Éva Lakatos