瀝青加筋路面有限元分析

馬琳 丁峰 張衛(wèi)星

本文中瀝青路面加筋體采用的玻璃纖維格柵(GLASGRID)是一種性能優(yōu)異的新型路面增強(qiáng)材料,它不但具有價格便宜、適用范圍廣、方便施工等特點(diǎn),而且可以抵御十分惡劣的環(huán)境,因此,在工程界和公路建設(shè)中必將發(fā)揮更加重要的作用[1-3]。玻璃纖維格柵具有抗蠕變性、抗拉撕性、耐高溫性能、防腐、抗老化性能。

玻璃纖維格柵在瀝青路面中起補(bǔ)強(qiáng)的作用,其補(bǔ)強(qiáng)方式如圖1所示。

從圖1中的道路橫斷面觀察,在瀝青面層內(nèi)部上下層之間鋪設(shè)一層玻璃纖維格柵[4,5]能有效地減小剪應(yīng)力,最大限度地阻止剪切流動,使網(wǎng)格和面層間形成較高的抗剪強(qiáng)度區(qū),并在荷載作用下減小水平方向的正應(yīng)力和垂直方向剪應(yīng)力,玻纖格柵在瀝青路面中產(chǎn)生的抗拉伸能力,可以抑制應(yīng)力及提高彈性模量,阻止和延緩基層反射裂紋向面層發(fā)展,對路面產(chǎn)生顯著加強(qiáng)作用。

1 瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型

模型以空間直角坐標(biāo)系建立,路面實體模型整體坐標(biāo)示意圖如圖2所示(未分層顯示),黑色矩形塊為雙輪組汽車輪載的作用位置輪廓示意。

加筋前后路面ANSYS有限元模型對比如圖3所示。

圖3中左邊為加筋前路面實體模型,右邊為加筋后路面實體模型。網(wǎng)格劃分密度由上到下從密到疏,對于荷載作用范圍附近比遠(yuǎn)離的范圍劃分得更密,所以劃分符合實際受力情況。荷載為均布荷載,將標(biāo)準(zhǔn)圓形荷載面積[6,7]等效轉(zhuǎn)化為矩形荷載,更加切合實際。荷載作用在瀝青面層上表面中央,荷載方向為作用于路面且垂直于路面的均布壓力[8],約束條件為在實體的前后左右四個面上只加法向約束,而在實體的底面上加X,Y,Z三向約束,保證模型既符合實際又不會產(chǎn)生自由度不足問題。

2 模型結(jié)果分析

對于正負(fù)向最大豎向剪應(yīng)變值來講,當(dāng)加筋在5 cm深度位置時產(chǎn)生的數(shù)值影響最大,即減小程度最大,在5 cm面層深度處加筋是最合理、最有效的,而且對于施工也很方便,當(dāng)然由于從最小施工厚度的影響以及經(jīng)濟(jì)性能考慮,一般在4 cm～6 cm加筋是最科學(xué)和最方便的,而且通過觀察加一層筋已經(jīng)滿足彈性路面內(nèi)抵抗豎向剪應(yīng)力和橫向應(yīng)力的需要,對于路面荷載作用中央的豎向剪切應(yīng)變也大大減小,且對于荷載周圍部位也是同樣具有類似的抵抗應(yīng)力應(yīng)變的性質(zhì)。以此為基礎(chǔ)可以推測路面加筋對長期作用重復(fù)荷載時發(fā)生的永久車轍形變的減小具有相當(dāng)?shù)淖饔谩?/p>

3 結(jié)語

本文通過彈性體加筋前后結(jié)果對比可以得出玻璃格柵路面加筋作用效果明顯,從理論上還可以適度減小面層厚度;同時由于加筋提高了路面的抗力,可以預(yù)期延遲車轍變形的發(fā)生,保證路面不被過早破壞。

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