随着我国公路交通设施与车辆装备不断改善,公路交通向着快速化、重型化发展,载重汽车高速、重载现象日益严重,进行重荷载作用下沥青路面结构力学行为研究,是道路工程与公路建设管理领域的迫切需求。在较多的沥青路面力学行为分析中,假设道路受到准静态垂向均布荷载,这与实际道路受到动态三向非均布的复杂接触应力偏差较大。同时,从载重汽车轮胎的纵向花纹以及高度非线性特征角度,国内外研究人员对于复杂重荷载作用下沥青路面结构的力学行为尚未深入研究。针对纵向花纹轮胎的高度非线性、复杂接触应力的空间特征研究中的不足,综合应用汽车系统动力学理论、轮胎稳态滚动分析方法、沥青路面结构动力学分析理论、有限元分析方法,分别建立了载重汽车的纵向花纹轮胎、沥青路面结构、路面温度场的三维有限元模型,揭示了沥青面层材料的热物理参数对温度场的影响规律,深入研究了典型工况与不同参数下接触应力空间分布特征,预测分析了复杂重荷载作用下沥青路面结构的动力响应及车辙变化规律。首先,建立纵向花纹轮胎、沥青路面结构、路面温度场的三维有限元模型。根据汽车系统动力学、轮胎动力学与有限元理论,针对纵向花纹轮胎275/70R22.5高度非线性特征建模,建立了完整的轮胎三维有限元模型,研究了载重汽车轮胎的非线性模型建模方法。通过MTS Landmark试验设备测试了沥青混合料黏弹性材料参数,基于实际测量参数建立了沥青路面结构的三维有限元模型。通过有限元分析与轮胎-路面加载测试系统测量,验证了轮胎-路面接触模型的准确性,并建立了路面温度场模型,分析计算了不同时刻与深度下沥青路面结构的温度场,讨论了沥青路面温度场的影响因素。其次,基于混合Lagrange-Eulerian方法和Steady-state transport分析获取不同的典型工况下接触应力的空间分布特征。针对轮胎稳态接触问题,定义了纵向花纹轮胎的三维有限元模型的稳态条件,结合轮胎动力学理论,从数学角度对轮胎稳态滚动接触问题进行了描述,提出了轮胎稳态滚动接触问题有限元分析流程,开发的轮胎路面接触模型可准确预测不同工况下的复杂接触应力,深入研究分析了不同参数与典型工况对轮胎-路面复杂接触应力的影响,揭示了不同工况下接触应力的空间分布特征。然后,预测分析了复杂重荷载作用下沥青路面结构的动力响应规律。根据沥青路面结构动力学分析理论与动力学平衡方程,考虑了复杂的接触应力和路面变化温度场,运用Dload与Utracload子程序实现复杂接触应力的移动,建立了三向动态移动的接触应力作用下沥青路面的瞬态动力学有限元分析模型,重点分析了不同的行驶工况、轮胎负载、温度场、行驶速度等因素对道路变形、应变的影响规律。最后,提出了复杂重荷载作用下沥青路面结构车辙分析流程,通过对比分析确定了不同的典型工况下车辙性能分析及评价指标,引入变化的路面温度场进行沥青路面结构的车辙预测分析。重点分析了不同的速度、轮胎负载、变化的大气温度环境等因素对自由滚动工况下竖向永久变形与压缩蠕变,完全制动工况下纵向永久变形与压缩蠕变等车辙指标的影响规律。结合正交试验方法与数理统计方法,应用极差分析和方差分析,量化了多因素多水平对车辙评价指标影响的主次和显著性特征。