Numerical calculation of strength and shear resistance of non-rigid road pavement by the finite element method
The paper presents 2D mathematical simulation results for a T-90 tank interacting with the III-type road in a plane-strain formulation. The purpose of the work is to determine the vertical deflection of an asphalt-concrete road, as well as the load factor of the two-layer road pavement (dense-graded asphalt concrete, open-graded asphalt concrete) and two-layer roadbed (gravel roadbed, ground roadbed - silt sandy loam). To calculate the load factor of the road pavement, the ratio of the von Mises stress to the ultimate compression stress is used. To analyze the shear resistance of the roadbed, the modified Drucker-Prager strength criterion is utilized. The computed results reveal the maximum vertical deflection in the contact area of the tracks. In the same area, the load factor of the road pavement is 3-12, which indicates the high bearing capacity of the dense-graded asphalt concrete. Analysis of the shear resistance of the roadbed shows that irreversible deformations occur in the gravel base in the contact area of the tracks, which can lead to the subsidence of the coating, while the load factor for sandy loam is 3-10.
Keywords
road pavement,
stress-strain state,
factor of safety,
Drucker-Prager criterion,
finite element methodAuthors
| Yanov Dmitriy V. | Tomsk State University | dima.yanov97@mail.ru |
| Zelepugin Sergey A. | Tomsk State University; Tomsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences | szel@yandex.ru |
Всего: 2
References
Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч. 2. М.: Транспорт, 1987. 415 с.
Александров А.С., Долгих Г.В., Калинин А.Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 2. Модифицированные модели расчета главных и касательных напряжений // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 2(62). C. 51-68. DOI: 10.5862/MCE.62.6.
Aman, Awaluddin A., Ahmad A., Olivia M. Parametric study on the compressive strength geopolymer paving block // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 345. 012018. DOI: 10.1088/1757-899X/345/1/012018.
Колесников Г.Н., Гаврилов Т.А. Моделирование условий появления низкотемпературных трещин в асфальтобетонном слое автомобильной дороги // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 56. С. 57-66. DOI: 10.17223/19988621/56/5.
Сиротюк В.В., Лунёв А.А. Прочностные и деформационные характеристики золошлаковой смеси // Инженерно-строительный журнал. 2017. № 6(74). С. 3-16. DOI: 10.18720/MCE.74.1.
Judycki J. A new viscoelastic method of calculation of low-temperature thermal stresses in asphalt layers of pavements // Int. J. Pavement Engineering. 2018. V. 19. Iss. 1. P. 24-36. DOI: 10.1080/10298436.2016.1199883.
Телтаев Б.Б., Лиу Дж., Суппес Е.А. Распределение температуры, влажности, напряжений и деформаций в автомобильной дороге // Инженерно-строительный журнал. 2018. № 7(83). С. 102-113. DOI: 10.18720/MCE.83.10.
Матвеев С.А., Мартынов Е.А., Литвинов Н.Н. Расчет армированной конструкции дорожной одежды как многослойной плиты на упругом основании // Вестник СибАДИ. 2015. № 5(45). С. 72-76.
Al-Jumaili M.A., Issmael O.D. Cold asphalt mixtures with high reclaimed pavement material percentages response to local traffic loading and environmental conditions // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 433. 012013. DOI: 10.1088/1757-899X/ 433/1/012013.
Vyrozhemskyi V., Krayushkina K., Bidnenko N. Durable high strength cement concrete topping for asphalt roads // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. V. 236. 012031. DOI: 10.1088/1757-899X/236/1/012031.
Михайлин Р.Г. Экспериментальные исследования по снижению слоев конструкции основания дорожной одежды автомобильной дороги «Амур» (Чита - Хабаровск) км 1927 - км 1942 с использованием георешетки // Современные наукоемкие технологии. 2017. № 1. С. 51-55.
Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике / под ред. Б.Е. Победря. М.: Мир, 1975. 543 с.
Calvarano L.S., Palamara R., Leonardi G., Moraci N. 3D-FEM Analysis on geogrid reinforced flexible pavement roads // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 95. 022024. DOI: 10.1088/1755-1315/95/2/022024.
Li S., Hu C. Finite element analysis of GFRP reinforced concrete pavement under static load // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. V. 113. 012188. DOI: 10.1088/ 1755-1315/113/1/012188.
Малик А.В., Лавит И.М. Метод расчета коэффициента интенсивности напряжений для неподвижной трещины нормального разрыва при динамическом нагружении // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 54. С. 88-102. DOI: 10.17223/19988621/54/8.
Leonardi G. Finite element analysis for airfield asphalt pavements rutting prediction // Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences. 2015. V. 63. Iss. 2. P. 397403. DOI: 10.1515/bpasts-2015-0045.
Drucker D.C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit design // Quarterly of Applied Mathematics. 1952. V. 10(2). P. 157-165.
Микушина В.А., Смолин И.Ю. Численное моделирование деформирования и разрушения пористой алюмооксидной керамики на мезоуровне // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 58. С. 99-108. DOI: 10.17223/ 19988621/58/8.
Отраслевые дорожные нормы: ОДН 218.046-01. Проектирование нежёстких дорожных одежд. М.: Информавтодор, 2001. 146 с.
