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Detailergebnis zu DOK-Nr. 69286

Dynamische Beanspruchungen flexibler Fahrbahnbefestigungen durch Fahrzeug-Fahrbahn-Interaktion (Orig. engl.: Dynamic response of flexible pavements at vehicle-road interaction)

Autoren	B. Birgisson D. Jelagin P. Khavassefat
Sachgebiete	14.1 Griffigkeit, Rauheit 14.2 Ebenheit, Befahrbarkeit

Road Materials and Pavement Design 16 (2015) Nr. 2, S. 256-276, 14 B, 4 T, zahlr. Q

Vorgestellt wird ein Berechnungsverfahren zur Ermittlung der dynamischen Beanspruchungen flexibler Fahrbahnbefestigungen infolge eines rollenden Fahrzeugs. Dabei wird ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell verwendet, in dem die ungebundenen Befestigungsschichten als elastisch und die Asphaltschichten als viskoelastisch abgebildet werden können. Die Fahrzeugbelastung wird durch ein Viertel-Fahrzeug-Modell mit gefederter und ungefederter Masse beschrieben, was sich entlang vorzugebender (gemessener) Fahrbahn-Längsprofile bewegt, mit denen die Fahrbahnunebenheiten abgebildet werden. Um die aus der Fortbewegung des Fahrzeugs unter Ansatz der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugabstände und -typen resultierenden Fahrbahnbeanspruchungen zu ermitteln, wird zunächst die Übertragungsfunktion für das Fahrbahnmodell mittels der FE-Methode ermittelt. Danach erfolgt die Berechnung der Beanspruchungen im Frequenz-Wegkreisfrequenz-Bereich durch eine Faltung von dynamischer Last und der Transferfunktionen. Das Berechnungsverfahren ist numerisch sehr effizient, da eine schnelle Fourier-Transformation verwendet wird. Singularitäten in der Fahrbahnbefestigung oder nichtlineare Randbedingungen, wie zum Beispiel ein fehlender Schichtenverbund, lassen sich in dem Verfahren nicht berücksichtigen. Das Verfahren wird zunächst verwendet, um die Auswirkungen von Fahrbahnunebenheiten auf die resultierenden Spannungen im Asphaltaufbau zu analysieren. So werden in einer numerischen Studie zwei unterschiedliche Fahrbahn-Längsprofile betrachtet. Die unter Verwendung desselben Viertel-Fahrzeug-Modells berechnete dynamische Last war für das unebenere Längsprofil um 40 % höher als für das ebenere Profil. Daneben wurde gezeigt, dass mit einer Zunahme der Frequenz ein größerer Bereich der Wegkreisfrequenzen die Fahrbahnbeanspruchungen beeinflusst. Die berechneten Horizontalspannungen an der Oberfläche und der Unterseite der Asphaltschichten waren für das unebenere Fahrbahnprofil in den meisten Frequenzbereichen um etwa 50 % höher. Die Ergebnisse der Studie unterstreichen die Notwendigkeit einer Berücksichtigung dynamischer Fahrzeug-Fahrbahn-Interaktionen bei der Spannungsanalyse in flexiblen Fahrbahnbefestigungen. Die berechneten Beanspruchungen können auch als Eingangsgrößen für das Asphalt-Ermüdungsgesetz verwendet werden, um eine Entstehung und Fortentwicklung von Ermüdungsrissen abzuschätzen.