半剛性基層瀝青路面高溫修正系數(shù)研究

朱志遠(yuǎn)

(江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司，江蘇 靖江　214521)

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半剛性基層瀝青路面高溫修正系數(shù)研究

朱志遠(yuǎn)

(江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司，江蘇 靖江214521)

摘要：基于彈性層狀理論,運(yùn)用apbi計(jì)算程序，考慮高溫對(duì)瀝青混合料模量的影響，采用路表彎沉值為指標(biāo)，基于大量計(jì)算數(shù)據(jù)分析溫度對(duì)半剛性基層瀝青路面軸載換算的影響，并結(jié)合江蘇地區(qū)的具體情況，給出了高溫修正系數(shù)β的建議值，約為1.73。

關(guān)鍵詞：軸載換算；彎沉； 高溫修正系數(shù)

1高溫修正系數(shù)的基本概念

不同軸載對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響, 即使是相同的軸載, 在不同溫度下對(duì)路面結(jié)構(gòu)疲勞損壞的影響也是不同的。溫度較低時(shí)，瀝青混合料的抗壓模量增大，軸載對(duì)路面的破壞作用小于正常溫度時(shí)對(duì)路面的破壞；而溫度較高時(shí)，瀝青混合料的抗壓模量降低，軸載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞明顯高于正常溫度時(shí)對(duì)路面的破壞。因此,在進(jìn)行軸載換算確定當(dāng)量軸次時(shí), 應(yīng)考慮軸載在高溫時(shí)對(duì)路面的影響, 這就是軸載換算的高溫修正系數(shù)的概念。

我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)中, 尚未對(duì)軸載換算進(jìn)行溫度修正, 也未引入相應(yīng)的軸載換算高溫修正系數(shù), 而是簡(jiǎn)單地將所有溫度下的車(chē)輛均按軸載換算公式(1)，換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載p的當(dāng)量作用次數(shù)。

(1)

2高溫修正系數(shù)與高溫影響系數(shù)的關(guān)系

路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下，彎沉比的簡(jiǎn)化公式(2)如下

(2)

式中:P1、P2為試驗(yàn)車(chē)輛的軸載;L1、L2為相應(yīng)于軸載為P1、P2的實(shí)測(cè)輪隙回彈彎沉值;b為與路面結(jié)構(gòu)有關(guān)的指數(shù),我國(guó)經(jīng)過(guò)大量不同軸載作用下的彎沉對(duì)比試驗(yàn)，確定了b的經(jīng)驗(yàn)值為0.88。

利用彎沉等效的原則，來(lái)確定高溫修正系數(shù)β與高溫影響系數(shù)K時(shí)的關(guān)系。高溫影響系數(shù)K可以理解為，高溫t1時(shí)在軸載P作用下，路表實(shí)測(cè)彎沉值為L(zhǎng),正常溫度t2時(shí)在軸載P作用下，路表彎沉值為L(zhǎng)′，則L′=L/K，其中L′可以看做是軸載P′在溫度t1時(shí)的作用效果，很明顯，P′

經(jīng)過(guò)分析可得，高溫時(shí)，由于瀝青路面面層的抗壓模量明顯減小，使得相同軸載產(chǎn)生的路表彎沉大于正常溫度時(shí)的彎沉。因此，只有在高溫時(shí)，把軸載P減小到P′，才能使其與正常溫度時(shí)軸載P產(chǎn)生的相同的路表彎沉值均為L(zhǎng)′。

(3)

由式(3)可得

P=K1/bP′

(4)

由此可見(jiàn), 高溫時(shí)軸載P′的作用與正常溫度時(shí)軸載P=K1/bP′的作用對(duì)路面造成的影響是等效的。又由軸載換算可得,

(5)

由(5)式可得,高溫修正系數(shù)跟高溫影響系數(shù)是5次方的關(guān)系,由此看出,溫度對(duì)軸載換算有很重要的影響。

3溫度對(duì)軸載換算的影響分析

國(guó)內(nèi)外研究表明，瀝青的模量隨溫度有較大的變化，并不是一個(gè)定值，由于瀝青模量的變化，瀝青混合料的模量也會(huì)有較大的變化，使得不同溫度時(shí)測(cè)得的路邊彎沉變化較大。為了研究分析溫度對(duì)半剛性基層瀝青路面的軸載換算的影響, 《根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ014-97),運(yùn)用基于彈性層狀體系的apbi路面計(jì)算程序，選取我國(guó)典型的半剛性基層瀝青路面的材料參數(shù),各層的結(jié)構(gòu)參數(shù)和變化范圍如表1。

表1　半剛性基層瀝青路面各層的結(jié)構(gòu)

參考規(guī)范要求，選取典型結(jié)構(gòu)參數(shù)，擬定半剛性基層路面結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1　半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

考慮溫度對(duì)瀝青面層模量以及泊松比的影響，將瀝青面層的模量、泊松比與溫度的關(guān)系列于表2，考慮到基層與土基的模量隨溫度變化較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，視為定值，基層和土基材料的彈性參數(shù)列于表3。

表2　瀝青混合料的彈性參數(shù)

表3　基層和突擊材料的彈性參數(shù)

根據(jù)apbi路面力學(xué)計(jì)算程序，繪出高溫修正系數(shù)β隨溫度的變化曲線，并考慮高溫修正系數(shù)β與瀝青面層厚度的影響關(guān)系。作用在路面的荷載采用我國(guó)現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范中的單軸雙輪標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，荷載作用如圖2，輪胎壓力取0.7 MPa,車(chē)輪荷載簡(jiǎn)化為當(dāng)量的雙圓均布荷載，當(dāng)量圓半徑r取10.65 cm,當(dāng)量圓圓心之間距離為31.95 cm。利用apbi程序，計(jì)算兩個(gè)當(dāng)量圓中點(diǎn)A的路表彎沉值，取20 ℃時(shí)的彎沉值為正常溫度時(shí)的彎沉，用公式(5)，分別計(jì)算出高溫時(shí)的溫度修正系數(shù)β，再改變?yōu)r青面層厚度，分別把每一層厚度加減1 cm，計(jì)算面層厚度為15 cm和21 cm時(shí)各溫度所對(duì)應(yīng)的高溫修正系數(shù)，與原路面做比較，并繪出高溫修正系數(shù)β與溫度的關(guān)系曲線。

圖2　軸載作用示意圖

不同厚度時(shí)的高溫修正系數(shù)列于表4，不同面層厚度時(shí)的高溫修正系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線如圖3所示。

表4　不同厚度時(shí)溫度修正系數(shù)與溫度的關(guān)系

圖3　不同面層厚度時(shí)高溫修正系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線

圖4　不同厚度瀝青路面△β/△h隨溫度變化曲線

4江蘇地區(qū)高溫修正系數(shù)的建議值

試驗(yàn)和理論分析表明, 路基和路面的模量對(duì)路表彎沉的影響是很大的, 而它又受溫度的影響, 即溫度升高, 會(huì)使路基和路面結(jié)構(gòu)的模量降低, 造成路表彎沉的增大。

江蘇地區(qū)屬于夏炎熱冬冷區(qū)，在寧宿徐高速盱眙南段高速公路7月份夏天的實(shí)測(cè)路面溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)如圖5。

圖5　夏季瀝青路面不同位置處溫度隨時(shí)間變化圖

由圖5可以看出，夏天時(shí)路表的最高氣溫可以超過(guò)60 ℃，故考慮夏天時(shí)的路面狀況作為最不利季節(jié)的因素作為參考。取日平均氣溫約45 ℃作為夏天每天的日平均氣溫，再次基礎(chǔ)上結(jié)合上文的計(jì)算內(nèi)容，給出溫度修正系數(shù)β的建議值，約為1.73。

5結(jié)論

本文利用彈性層狀體系計(jì)算程序，對(duì)半剛性基層瀝青路面高溫修正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，在大量計(jì)算數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

(1)相同的軸載在不同的溫度時(shí)對(duì)路面造成的損害也不相同，故有必要引進(jìn)一個(gè)高溫修正系數(shù)β，在彎沉等效的前提下，使得高溫時(shí)軸載為P′時(shí)與正常溫度時(shí)軸載P對(duì)路面形成的彎沉相同。

(3)利用apbi計(jì)算程序，在彎沉等效的前提下，計(jì)算不同厚度瀝青面層得半剛性基層瀝青路面在不同溫度時(shí)的高溫修正系數(shù)β，并分析β與面層厚度變化的敏感關(guān)系。由數(shù)據(jù)分析可得，高溫修正系數(shù)隨溫度升高而增大，與瀝青面層厚度變化的敏感性隨溫度升高而減弱。結(jié)合江蘇地區(qū)夏季具體溫度狀況，給出建議的高溫修正系數(shù)值為1.73。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧學(xué)鈞，黃 衛(wèi)，黃曉明．路面結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)電算方法[M]．南京：東南大學(xué)出版社，1997．

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[4]馬濤，黃曉明. 半剛性基層瀝青路面軸數(shù)系數(shù)研究[J].公路交通科技，2006,23(8).

Research on temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base

ZHU Zhi-yuan

(Transportation College of Southeast University, Jingjiang,jiangsu 210096, China)

Abstract:Based on the layer-elastic theory, apbi software is used to calculate the temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base. While the influence of temperature on the modulus of the pavement has been taken into consideration, using the deflection value to compare different axle-load exchange outcome under different temperature. The recommended temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base in Jiangsu province is about 1.73.

Keywords:axle-load exchange; deflection; temperature correction coefficient

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.223

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0029-03

作者簡(jiǎn)介：朱志遠(yuǎn)，男，助理工程師。

收稿日期：2016-02-11