[发明专利]一种钢桥面铺装层碾压施工模拟方法

权利要求书

1.一种钢桥面铺装层碾压施工模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、使用三维建模软件，按照沥青混合料级配要求的粒径生成三维球体，参照粗集料颗粒实际的形貌特征，对三维球体边界进行调整，绘制不同形状的典型粗集料颗粒三维模型，以此创建一个粗集料颗粒模板库；

S2、使用PFC3D软件建立一个计算区域，在该计算区域内使用墙功能建立计算边界，用于投放建立铺装层模型所需的粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒，随机删除部分沥青砂浆颗粒达到规定空隙率，使用步骤S1获得的粗集料颗粒模板库中的典型粗集料颗粒三维模型替换随机投放的粗集料颗粒；

S3、为投放的粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒设置接触模型，同时设定对应模型的微观参数；赋予粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒重力加速度，使粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒依靠自重下落，成型松铺状态的铺装层模型；

S4、使用FLAC3D软件中的extrusion建模方法建立规定尺寸的钢桥面板模型，划分网格，定义本构模型、设定材料参数和边界条件；

S5、在FLAC3D软件中加载步骤S2中所述的PFC3D程序，导入步骤S3中建立的铺装层模型，进行铺装层模型和钢桥面板模型的组合，建立完整的铺装层和钢桥面板的复合结构模型；

S6、采用传送带式荷载模拟方法模拟钢轮压路机荷载，使用Fish语言编写循环程序控制荷载循环作用，设定荷载大小、荷载速度及荷载碾压遍数；

S7、进行不同施工工况下钢桥面铺装层碾压施工模拟，在碾压施工模拟完成后计算铺装层的压实度以评价各工况下的压实效果。

2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装层碾压施工模拟方法，其特征在于：所述步骤S1中，三维建模软件使用Matlab、C4D或3Dmax，所述粗集料颗粒模板库内粗集料颗粒模型按粒径范围分类并保存为STL格式文件。

3.根据权利要求1所述的钢桥面铺装层碾压施工模拟方法，其特征在于：所述步骤S2中，利用PFC3D软件中的墙功能在计算区域内生成长方体状的计算边界，计算边界的长、宽与铺装层模型一致，高度为35～50mm；

按照沥青混合料级配随机投放不同粒径的离散单元小球，将粒径大于等于2.36mm的离散单元小球视为粗集料颗粒，其余视为沥青砂浆颗粒；

根据空隙率和铺装层模型尺寸计算出空隙所占体积，使用空隙所占体积除以单个沥青砂浆颗粒体积得到需要删除的沥青砂浆颗粒个数；

将步骤S1中的典型粗集料颗粒三维模型导入到PFC3D软件中，按照粒径范围对随机投放的粗集料颗粒进行分组，调用Fish语言中的替换函数，使用相同粒径范围的典型粗集料颗粒三维模型替换先前投放的粗集料颗粒。

4.根据权利要求1所述的钢桥面铺装层碾压施工模拟方法，其特征在于：所述步骤S3中，将粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒的接触分为粗集料颗粒内部接触、相邻粗集料颗粒间接触、粗集料颗粒与沥青砂浆颗粒间接触以及沥青砂浆颗粒内部接触；

赋予粗集料颗粒内部接触为接触刚度模型，

赋予相邻粗集料颗粒间接触为接触刚度模型，

赋予粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒间接触为伯格斯接触模型加平行粘结模型，

赋予沥青砂浆颗粒内部接触为伯格斯接触模型加平行粘结模型，其中粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒间接触和沥青砂浆颗粒内部接触采用两阶段法进行描述，使用伯格斯模型表示松铺状态下粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒间接触和沥青砂浆颗粒内部接触，受到荷载作用则使用平行粘结模型表示受压状态下粗集料颗粒和沥青砂浆颗粒间接触和沥青砂浆颗粒内部接触。

5.根据权利要求1所述的钢桥面铺装层碾压施工模拟方法，其特征在于：所述步骤S4中，在FLAC3D软件中打开extrusion窗口，读取步骤S3中铺装层模型的位置坐标，根据位置坐标信息确定钢桥面板模型的位置，使其处于铺装层模型正下方；在extrusion窗口中绘制钢桥面板模型的纵向剖面图，划分网格后对纵向剖面图进行拉伸，拉伸长度与所述钢桥面板模型的宽度相同。