Study on nonlinear pavement responses of low volume roadways subject to multiple wheel loads

Abstract

This paper describes numerical analyses on low volume roads (LVRs) using a nonlinear three-dimensional (3D) finite element model (FEM). Various pavement scenarios are analyzed to investigate the effects of pavement layer thicknesses, traffic loads, and material properties on pavement responses, such as surface deflection and subgrade strain. Each scenario incorporates a different combination of wheel/axle configurations and pavement geomaterial properties to analyze the nonlinear behavior of thinly surfaced asphalt pavement. In this numerical study, nonlinear stress-dependent models are employed in the base and subgrade layers to properly characterize pavement geomaterial behavior. Finite element analysis results are then described in terms of the effects of the asphalt pavement thickness, wheel/axle configurations, and geomaterial properties on critical pavement responses. Conclusions are drawn by the comparison of the nonlinear pavement responses in the base and subgrade in association with the effects of multiple wheel/axle load interactions.

Netiesinės kelio dangos priklausomybės nuo mažo intensyvumo kelių, veikiamų daugkartinėmis ratų apkrovomis, tyrimas

Santrauka. Straipsnyje aprašoma skaitinė mažo intensyvumo kelių analizė, taikant netiesinį – erdvinį baigtinių elementų modelį. Skirtingi dangų paviršiaus variantai analizuojami siekiant ištirti, kokiąįtaką kelio dangos elgsenai, t. y. poslinkiams ir kelio pagrindo deformacijoms, turi dangų sluoksnių storiai, eismo apkrovos ir medžiagų savybės. Kiekvienas kelio dangos variantas turi skirtingas ratų arba ašies ir geometrinių savybių formas, kad būtų galima išanalizuoti netiesinę plonos asfalto dangos paviršiaus elgseną. Šioje skaitinėje analizėje nagrinėjami netiesiniai įtempių modeliai, kurie buvo taikomi pagrindo sluoksniams, siekiant tinkamai apibūdinti geometrinę kelio dangos elgseną. Baigtinių elementų analizės rezultatai toliau nagrinėjami atsižvelgiant į asfalto dangos storį ar ašies formą ir geometrines savybes, priklausomai nuo kritinės kelio dangos būklės. Išvados buvo gautos lyginant netiesines kelių dangos priklausomybes pagrindo sluoksnyje, atsižvelgiant į jų sąveiką su daugkartine ratų apkrova.

Reikšminiai žodžiai: mažo intensyvumo kelias, trimatė baigtinio elemento analizė, netiesinės dangos paviršiaus priklausomybės, daugkartinės ratų arba ašies apkrovos, geometrinės savybės.

Keyword : low volume road, three-dimensional finite element analysis, nonlinear pavement responses, multiple wheel/ axle loads, geomaterial properties