重載條件下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析

□文/李曉寧 李洪亮 沈 可

□李洪亮、沈 可/天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院。

重載條件下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析

□文/李曉寧 李洪亮 沈 可

文章以天津市濱海新區(qū)的瀝青路面結(jié)構(gòu)為例，在現(xiàn)有規(guī)范條件下研究重載作用時(shí)的力學(xué)響應(yīng)，利用路面結(jié)構(gòu)軟件Bisar程序，分別研究面層、基層、底基層的厚度和模量以及土基模量等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。

路面；重載；瀝青；力學(xué)響應(yīng)

確定路面結(jié)構(gòu)層厚度和各層模量是路面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，尤其對(duì)于重載交通，為保證其路面使用壽命，結(jié)構(gòu)層厚度的確定是關(guān)鍵。因此，有必要研究交通荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的厚度及模量的影響關(guān)系。

1 典型路面結(jié)構(gòu)模型

為便于說(shuō)明問(wèn)題，采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式來(lái)有效分析結(jié)構(gòu)層參數(shù)對(duì)路面各項(xiàng)指標(biāo)的影響規(guī)律。結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)表1，其中模量及劈裂強(qiáng)度均采用規(guī)范規(guī)定范圍的中值。

表1 計(jì)算采用的路面結(jié)構(gòu)形式

2 計(jì)算模型及控制指標(biāo)

路表彎沉是在一定荷載作用下路表面的豎向變形，是反映路面整體承載能力高低和使用狀況好壞的最直觀、最簡(jiǎn)單的指標(biāo)。它是路面各結(jié)構(gòu)層（包括土基）各自變形的綜合結(jié)果，因此，本文將以路表彎沉作為研究的控制指標(biāo)。

在車輛行駛中，路面不僅受到豎向力的作用，也同時(shí)受到水平力的作用。因此，力學(xué)計(jì)算必須考慮垂直和水平荷載的共同作用。本文分析在水平力系數(shù)f=0.3的情況下，各結(jié)構(gòu)層參數(shù)對(duì)路表彎沉的影響規(guī)律。

以標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN為基礎(chǔ)，采用雙圓均布荷載，當(dāng)量圓半徑R=10.65cm，X為行車方向。應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)位置為兩輪輪隙中心A點(diǎn)，坐標(biāo)為（0，0），見(jiàn)圖1。

3 計(jì)算分析過(guò)程

分別針對(duì)不同面層、基層、底基層及土基的厚度和模量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)荷載下的彎沉值，見(jiàn)圖2-圖12。

由圖2-圖12可以得出：路表彎沉隨著各影響因素的增大而減小，即降低路表彎沉可通過(guò)增大各結(jié)構(gòu)層的模量與厚度以及土基模量來(lái)實(shí)現(xiàn)；土基模量對(duì)彎沉值的影響最復(fù)雜，當(dāng)土基模量增加到一定程度后，對(duì)降低彎沉值作用有所減緩，因此刻意繼續(xù)增加土基模量對(duì)減小彎沉值意義不大。

如果考慮各結(jié)構(gòu)層的模量和厚度等因素對(duì)彎沉值的影響關(guān)系，分析起來(lái)比較繁瑣，因此，采用模量和厚度分別論證并把上面層、中面層、下面層假設(shè)為整體一個(gè)面層考慮，采用的路面結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算采用的路面結(jié)構(gòu)

按模量分析：面層模量A、基層模量B、底基層模量C、土基模量D作為因子，假設(shè)4個(gè)因子之間任意2個(gè)沒(méi)有交互作用。為使計(jì)算次數(shù)少些，采用3種水平的正交，見(jiàn)表3,結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 模量因子水平 MPa

表4 按模量計(jì)算路表彎沉正交設(shè)計(jì)

從表4分析，各因素對(duì)彎沉的影響按從大到小順序?yàn)橥粱Ａ浚净鶎幽Ａ浚镜谆鶎幽Ａ浚久鎸幽Ａ?，這與各因素對(duì)路表彎沉的線性關(guān)系的斜率K大小反映相一致。

按厚度分析：面層厚度A、基層厚度B、底基層厚度C作為因子，假設(shè)3個(gè)因子之間任意兩個(gè)沒(méi)有交互作用。為使計(jì)算次數(shù)少些，采用3種水平的正交，見(jiàn)5表，結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 厚度因子水平 cm

表6 按厚度路表彎沉正交設(shè)計(jì)

續(xù)表6

從表6分析，各因素對(duì)彎沉的影響按從大到小順序?yàn)榛鶎雍穸龋镜谆鶎雍穸龋久鎸雍穸?，與各因素與路表彎沉的線性關(guān)系的斜率K大小反映相一致。

以此類推，當(dāng)K較大時(shí)，改變某項(xiàng)因素可以明顯影響路表彎沉值。各面層厚度對(duì)彎沉的影響按從大到小順序?yàn)樯厦鎸雍穸龋局忻鎸雍穸龋鞠旅鎸雍穸?；各面層模量?duì)彎沉的影響按從大到小順序?yàn)橄旅鎸幽Ａ浚局忻鎸幽Ａ浚旧厦鎸幽Ａ?。由各因素與路表彎沉的K值可以得出，對(duì)路表彎沉的影響按從大到小順序?yàn)橥粱Ａ浚净鶎雍穸龋镜谆鶎雍穸龋旧厦鎸雍穸龋局忻鎸雍穸龋鞠旅鎸雍穸龋净鶎幽Ａ浚镜谆鶎幽Ａ浚鞠旅鎸幽Ａ浚局忻鎸幽Ａ浚旧厦鎸幽Ａ俊?/p>

4 結(jié)論

重載作用下設(shè)計(jì)彎沉值普遍較小，要保證路面結(jié)構(gòu)的彎沉值小于設(shè)計(jì)彎沉值，首先考慮提高土基模量，一般對(duì)路基土采取較優(yōu)的加固方案進(jìn)行加固；適當(dāng)增加基層和底基層的厚度；采用性能優(yōu)良的配合比，以獲得合適的抗壓模量和優(yōu)良的抗裂性能；采用具有高抗壓模量材料作為底基層，如水泥碎石、水泥粉煤灰碎石或者二灰碎石；考慮面層造價(jià)較高，靠提高合適面層模量和增加面層厚度方案是不可取的。

［1］JTGD50—2006，公路瀝青設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］楊 群.高速公路瀝青穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法研究［D］.南京：東南大學(xué)，2001.

［3］袁宏偉.瀝青穩(wěn)定碎石基層材料設(shè)計(jì)方法研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2003.

［4］黃曉明，吳少鵬，趙永利.瀝青與瀝青混合料［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2002.

［5］韓子?xùn)|.道路結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2001.

［6］呂偉民.瀝青混合料設(shè)計(jì)原理與方法［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

U416.217

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1008-3197（2011）03-40-03

2011-03-23

李曉寧/女，1961年出生，高級(jí)工程師，天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，從事工程造價(jià)工作。

□李洪亮、沈 可/天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院。