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随着我国经济的持续发展和地区间人货交流数量的增加,公路运输正向快速和重型化发展,车辆的高速重载现象日益严重。结合这一背景,有针对性地开展重交通荷载作用下的沥青路面力学行为研究,是道路工程学科和公路交通建设管理领域的迫切需求。在多数的路面力学行为研究中,轮胎力都被简化为静态均布垂向荷载,不能很好地适应重交通动态荷载作用下沥青路面设计与路表早期病害机理研究的特殊需求。将水平向轮胎力引入路面模型,以揭示复杂轮胎力作用下的路面力学行为,对于丰富和发展道路设计理论具有重要理论意义和工程应用价值。本文以复杂轮胎力及其作用下的沥青路面力学行为为对象,基于多体动力学方法和有限元方法分别建立了车辆、轮胎和道路的仿真模型,结合我国公路运输中车辆和道路的典型工况,从车辆-道路相互作用系统的角度进行了轮胎力和路面力学行为的研究,较全面地分析了车辆使用参数对轮胎力空间分布、路面动力响应及路面典型病害的影响。通过研究,得出以下主要结论:(1)轮胎接地压力可表达为三个方向的分力,即垂向接触力CPRESS、纵向摩擦力CSHEAR1、横向摩擦力CSHEAR2。稳态滚动条件下,上述三向接触力同时存在。轮胎处于自由滚动状态时,CSHEAR1和CSHEAR2与CPRESS处于同一量级。轮胎大部分的工作状态接近自由滚动,在进行轮胎和路面力学响应分析时不应忽略CSHEAR1和CSHEAR2。在完全制动和完全牵引状态下,CSHEAR1是水平向轮胎力的主要成分,CSHEAR2可以忽略不计。(2)CSHEAR1和CSHEAR2对路面面层的力学行为产生显著影响,尤其是增加了面层的等效应力幅值和TDC早期裂纹的等效应力强度因子,而半刚性材料层底的拉应力极值由垂向轮胎力控制,不受水平向轮胎力影响。(3)不同的车辆使用条件将产生不同的轮胎力空间分布特征,控制负载、增大胎压可有效改善轮胎的接地压力分布;道路条件也对轮胎力产生重要影响,CSHEAR1对路面摩擦系数和纵坡较为敏感,CSHEAR2对道路横坡较为敏感。(4)在高速公路运输中常见的参数条件下,货车的车速、装载率、胎压和道路纵坡对道路的使用性能产生显著的负面影响。低速、高胎压、超载均是促进车辙发生的直接原因;超载将加速TDC早期裂纹的扩展,高胎压则对裂纹的扩展没有显著影响。(5)车辆前轴对车辙和TDC早期裂纹的影响不容忽视,多轴并装车辆比单轴车辆更加容易导致车辙的发生。