舊瀝青路面加鋪的力學(xué)分析

周 運 霞

(山西長城路橋建設(shè)開發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

舊瀝青路面加鋪的力學(xué)分析

周 運 霞

(山西長城路橋建設(shè)開發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

通過對舊瀝青路面加鋪的力學(xué)分析，了解彎沉、結(jié)構(gòu)層的彎拉應(yīng)力、剪應(yīng)力、豎向壓應(yīng)力及路基頂面壓應(yīng)變，為加鋪設(shè)計提供參考。

應(yīng)力，應(yīng)變，力學(xué)分析，瀝青路面，加鋪

全國每年有很多公路需要養(yǎng)護或改造，其中路面的補強設(shè)計是非常重要的環(huán)節(jié)，通過分析加鋪層的受力特性，為路面補強設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

1 計算方法

本文采用等效雙圓垂直均布荷載和三維力學(xué)模型計算分析不同軸載下加鋪后路面結(jié)構(gòu)彎沉、應(yīng)力、應(yīng)變的變化規(guī)律。

2 加鋪路面結(jié)構(gòu)方案及材料參數(shù)

為了便于分析舊瀝青路面加鋪后的力學(xué)性能，擬選定了以下加鋪路面結(jié)構(gòu)和材料參數(shù),見表1。

表1 擬選定的路面結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)表

3 彎沉的計算及分析

通過計算得出不同荷載作用下的層底最大彎沉值,見表2。

表2 不同荷載作用下的層底最大彎沉值 mm

由表2可知：1)路表彎沉值隨著軸載的增加而增大。當(dāng)輪載從0.707 MPa增加到0.85 MPa時，車輛后軸位置處沿路面豎向的層底最大彎沉值增加71.4%；當(dāng)輪載從0.85 MPa增加到1.0 MPa時，層底最大彎沉值增加58.3%，比輪載為0.707 MPa時增加1.72倍；當(dāng)輪載從1.0 MPa增加到1.2 MPa時，層底最大彎沉值增加68.9%，比輪載為0.707 MPa時增加3.58倍；當(dāng)輪載從1.2 MPa增加到1.4 MPa時，層底最大彎沉值增加53.0%，比輪載為0.707 MPa時增加6.1倍。2)隨著載重的加大層底最大彎沉的增幅較大，路表彎沉對軸載變化較敏感,軸載略增加一點,就引起路面變形較大的變化。3)進一步進行數(shù)據(jù)分析，可以看出彎沉值與軸載幾乎成直線變化。

4 彎拉應(yīng)力的計算及分析

通過計算得出不同荷載作用時路面層底最大拉壓應(yīng)力,見表3。由表3可知：1)層底的最大拉壓應(yīng)力均隨著軸載的增加而增大。當(dāng)輪載從0.707 MPa增加到0.85 MPa時，面層底面的最大拉壓應(yīng)力增加52.4%，底基層底面的最大拉壓應(yīng)力增加64.5%；當(dāng)輪載從0.85 MPa增加到1.0 MPa時，面層底面的最大拉壓應(yīng)力增加42.2%，底基層底面的最大拉壓應(yīng)力增加51.0%；當(dāng)輪載從1.0 MPa增加到1.2 MPa時，面層底面的最大拉壓應(yīng)力增加48.4%，底基層底面的最大拉壓應(yīng)力增加55.8%；當(dāng)輪載從1.2 MPa增加到1.4 MPa時，面層底面的最大拉壓應(yīng)力增加42.2%，底基層底面的最大拉壓應(yīng)力增加41.7%。2)瀝青混凝土加鋪層所受應(yīng)力為壓應(yīng)力，需要驗算半剛性材料層的層底拉應(yīng)力即可。對于舊路要充分掌握原半剛性材料的狀況，以確定補強厚度和確保設(shè)計壽命。3)超載對路面基層拉應(yīng)力影響較大，設(shè)計時要充分考慮超載的作用。

表3 不同荷載作用下路面層底最大拉壓應(yīng)力 MPa

5 剪應(yīng)力的計算及分析

通過分析計算在垂直荷載作用下，瀝青面層內(nèi)最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在距離圓心10.3 cm位置處，路面最大剪應(yīng)力值見表4。從表4可以看出:1)荷載的變化在荷載作用區(qū)域內(nèi)對剪應(yīng)力的影響是較大的。當(dāng)Z=0.04 m，輪載從0.707 MPa增加到0.85 MPa，1.0 MPa，1.2 MPa和1.4 MPa時，最大剪應(yīng)力的峰值分別增加33.9%，78.5%，133%和181%。當(dāng)荷載加大時，隨著深度的增加，最大剪應(yīng)力值的增加量越來越大。當(dāng)輪載從0.707 MPa增加到0.85 MPa時，Z=0.04 m處最大剪應(yīng)力增加38%；Z=0.1 m處的最大剪應(yīng)力增加52.6%；Z=0.40 m處最大剪應(yīng)力增加97.6%。底基層層底最大剪應(yīng)力對軸重的增加相當(dāng)敏感。2)表層剪應(yīng)力較大,要求瀝青混合料具有較高的抗剪強度，盡可能地減少車轍的發(fā)生。

表4 路面最大剪應(yīng)力值 MPa

6 路基頂面壓應(yīng)變計算及分析

瀝青路面在車輛荷載的作用下將產(chǎn)生壓縮變形，通過計算得出不同軸載路基頂面豎向壓應(yīng)變的情況,見表5。由表5看出:1)對于半剛性基層瀝青路面，一方面土基頂面壓應(yīng)變均較小。當(dāng)輪載從0.707 MPa增加到0.85 MPa時，路基頂面豎向壓應(yīng)變增加52.6%；當(dāng)輪載從0.85 MPa增加到1.0 MPa時，路基頂面豎向壓應(yīng)變增加48.6%；當(dāng)輪載從1.0 MPa增加到1.2 MPa時，路基頂面豎向壓應(yīng)變增加57.9%；當(dāng)輪載從1.2 MPa增加到1.4 MPa時，路基頂面豎向壓應(yīng)變增加61.3%。相對于輪載0.707 MPa，路基頂面豎向壓應(yīng)變分別增加52.6%，126.75%,258.1%和477.5%。2)對于極重和特重交通，需要特別注意路基頂面壓應(yīng)變的控制，在勘察設(shè)計時要詳細調(diào)查舊路路基狀況。

表5 路基頂面豎向壓應(yīng)變

7 豎向壓應(yīng)力計算及分析

通過計算，不同荷載作用下路面豎向壓應(yīng)力見表6。從表6可以看出:各軸載產(chǎn)生的豎向壓應(yīng)力隨著深度的增加而逐漸減小，軸載對豎向壓應(yīng)力較大，如1.2 MPa的輪載在面層底面產(chǎn)生的壓應(yīng)力分別是0.07 MPa輪載在面層底面產(chǎn)生的壓應(yīng)力的2倍和2.7倍；1.2 MPa的輪載在基層底面產(chǎn)生的壓應(yīng)力是0.07 MPa輪載在基層底面產(chǎn)生的壓應(yīng)力的5倍。所以對于極重和特重交通一方面要補足夠的強度，另一方面要重視各層材料設(shè)計，以滿足交通需求。

表6 路面豎向壓應(yīng)力值

8 結(jié)語

通過以上計算與分析得出以下結(jié)論：1)高度重視軸載譜及交通參數(shù)的調(diào)查，為設(shè)計提供重要依據(jù)。2)需要重視瀝青混合料加鋪層的材料設(shè)計，以滿足交通荷載的要求。3)通過調(diào)查充分掌握舊路基層狀況，特別是剩余強度，為補強設(shè)計提供依據(jù)。4)掌握舊路土基狀況，以采取措施解決由于特重、極重交通作用而可能引起的壓密性車轍。

Mechanicalanalysisofoldasphaltpavement

ZhouYunxia

(ShanxiGreatWallRoadBridgeConstructionandDevelopmentCorporationLtd,Taiyuan030006,China)

Based on the mechanical analysis of old asphalt pavement, the paper helps to realize flexure, the flexural-tensile stress of structural layer, shearing strength, vertical compress stress and compression strain at surface of embankment, providing references for the design of overlay.

stress, strain, mechanics analysis, asphalt pavement, overlay

1009-6825(2017)23-0154-02

2017-06-05

周運霞(1970- )，女，工程師

U416.217

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