瀝青路面中級(jí)配碎石上基層受力特性分析

黃銳標(biāo)

(潮州市第二建筑安裝總公司)

瀝青路面中級(jí)配碎石上基層受力特性分析

黃銳標(biāo)

(潮州市第二建筑安裝總公司)

為分析復(fù)合式基層瀝青路面中級(jí)配碎石上基層的受力特性，采用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行分析，得出級(jí)配碎石三向應(yīng)力的最大值一般發(fā)生在級(jí)配碎石層頂面或底面的輪胎中心或輪隙中心位置，級(jí)配碎石在復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中并不是三向應(yīng)力越大使用效果越好，而是水平應(yīng)力大，豎向應(yīng)力小級(jí)配碎石的非線性才能很好的發(fā)揮。

復(fù)合式基層瀝青路面;級(jí)配碎石;受力特性

0 引言

我國(guó)高速公路大量采用半剛性基層，不可避免產(chǎn)生大量的反射裂縫，以致在通車(chē)初期就產(chǎn)生較嚴(yán)重的早期破壞現(xiàn)象，為防止該現(xiàn)象產(chǎn)生，提出復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，即在瀝青面層和半剛性基層之間設(shè)置級(jí)配碎石上基層，以此改善現(xiàn)有路面使用性能。作為過(guò)渡層的級(jí)配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的三向受力狀態(tài)如何，決定該層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，并是制定三軸試驗(yàn)應(yīng)力條件的關(guān)鍵。采用有限元軟件對(duì)作為上基層的級(jí)配碎石進(jìn)行力學(xué)分析，得出其在路面中的實(shí)際受力狀態(tài)，明確各因素對(duì)三向應(yīng)力的影響規(guī)律及范圍，為三軸試驗(yàn)和模量推薦提供條件。

1 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)選取

計(jì)算過(guò)程中采用四層結(jié)構(gòu)體系，雙圓荷載，層間完全連續(xù)，各層材料參數(shù)按規(guī)范取值，路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取

2 復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中級(jí)配碎石上基層三向應(yīng)力分析

按表1的路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取對(duì)作為上基層的級(jí)配碎石進(jìn)行敏感性分析，得出不同面層厚度的級(jí)配碎石三向應(yīng)力范圍，為三軸剪切試驗(yàn)提供理論依據(jù)。其中計(jì)算結(jié)果中，應(yīng)力水平拉為負(fù)，壓為正。

2.1 級(jí)配碎石三向應(yīng)力沿深度和水平方向變化規(guī)律

為了解級(jí)配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的受力特點(diǎn)，對(duì)面層厚度為15 cm的典型路面結(jié)構(gòu)分析其沿路面水平和深度方向三向應(yīng)力變化規(guī)律。

(1)級(jí)配碎石在整個(gè)路面結(jié)構(gòu)中均受壓。

(2)豎向壓應(yīng)力的變化趨勢(shì)，沿路面水平方向，隨著距輪隙中心距離的增加，出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且在輪胎中心出現(xiàn)峰值，沿路面深度方向，隨著深度的增加，豎向壓應(yīng)力逐漸減小。

(3)水平壓應(yīng)力的變化趨勢(shì)，不同深度的水平壓應(yīng)力變化由先增后減趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為減小趨勢(shì)，即最大水平壓應(yīng)力由輪胎中心轉(zhuǎn)為輪隙中心位置，且由級(jí)配碎石層頂面轉(zhuǎn)化為級(jí)配碎石層底面。

通過(guò)分析可知，級(jí)配碎石三向應(yīng)力的最大值一般發(fā)生在級(jí)配碎石層頂面或底面的輪胎中心或輪隙中心位置，下面分析中取這幾個(gè)點(diǎn)的最大值為計(jì)算值，分別考慮常用面層厚度為10 cm、15 cm和20 cm時(shí)土基模量變化、級(jí)配碎石模量和厚度變化對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力的影響。

2.2 土基模量變化的影響

變化土基模量E0，其它參數(shù)不變，分別取土基模量為20 MPa、40 MPa、60 MPa、80 MPa、100 MPa、120 MPa。

(1)土基模量的變化對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力影響很小，隨著土基模量的增加，水平壓應(yīng)力略有減小，豎向壓應(yīng)力基本不變。

(2)在復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中，由于級(jí)配碎石層上移，離土基距離較遠(yuǎn)，土基模量變化對(duì)其影響甚微，因此土基模量對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力的影響可以忽略不計(jì)。

2.3 級(jí)配碎石厚度和模量變化的影響

分析級(jí)配碎石厚度和模量對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力的影響時(shí)，變化或其它參數(shù)不變。分別取級(jí)配碎石厚度為10 cm、12 cm、15 cm、18 cm、20 cm、25 cm，級(jí)配碎石的模量為200 MPa、300 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa、700 MPa。

(1)隨著級(jí)配碎石厚度的增加，三向應(yīng)力均呈下降趨勢(shì)，豎向壓應(yīng)力下降幅度很小，而水平壓應(yīng)力下降尤為劇烈，若提高級(jí)配碎石的三向受力條件，必須嚴(yán)格控制級(jí)配碎石厚度。

(2)級(jí)配碎石的三向應(yīng)力對(duì)其模量的變化均較敏感，隨著模量的增加，豎向壓應(yīng)力呈遞增趨勢(shì)，水平壓應(yīng)力呈遞減趨勢(shì)。

3 結(jié)論

級(jí)配碎石在復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中并不是三向應(yīng)力越大使用效果越好，而是水平應(yīng)力大，豎向應(yīng)力小級(jí)配碎石的非線性才能很好的發(fā)揮。水平應(yīng)力的提高，有助于提高級(jí)配碎石的模量，降低瀝青面層底面的疲勞破壞，小的豎向應(yīng)力可以避免級(jí)配碎石壓密變形和剪切破壞，降低路表的車(chē)轍，因此，提高級(jí)配碎石的使用性能，應(yīng)從增加其水平應(yīng)力和減小其豎向應(yīng)力兩方面入手。通過(guò)上面的分析可知，增加水平應(yīng)力應(yīng)從控制級(jí)配碎石的厚度和半剛性基層厚度與模量入手，降低豎向應(yīng)力應(yīng)從增加瀝青層厚度入手。

［1］沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］王龍.基于振動(dòng)成型的級(jí)配碎石強(qiáng)度與變形特性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

［3］石桂梅.復(fù)合式基層在瀝青路面中的應(yīng)用研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

U416.214

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1008-3383(2012)11-0117-01

2012-06-11