瀝青面層設計參數對瀝青層剪應力的影響規律

榮志慧

(晉中路橋建設集團有限公司第五分公司，山西晉中 030600)

車轍病害是重載高溫區瀝青路面的主要病害，嚴重影響路面安全和舒適性，而隨著高速公路的迅速發展，研究瀝青路面的車轍問題顯得尤為重要。本文通過采用不同的面層厚度、面層彈性模量，應用Bisar3.0程序計算分析瀝青層在高溫重載組合作用下剪應力分布規律，為解決重載高溫區瀝青路面的車轍病害提供思路。

本文研究所采用的路面結構和設計參數見表1。

表1 路面結構和計算參數

荷載圖式采用比利時接地面積與軸重經驗關系式(A=0.008P+152，其中，A為接地面積，cm2;P 為輪胎荷載，N)。該圖式輪壓和接地面積均隨軸載的增加而增加，圓心距保持31.95 cm不變，最符合實際情況。因為承擔越重貨物運輸的車，統計上越有采用高強高壓輪胎的趨勢。加載模式見表2。

表2 加載模式

1 不同面層厚度瀝青層剪應力分布規律研究

采用彈性層狀體系理論計算程序Bisar3.0，改變瀝青上、中、下面層厚度，對瀝青層內不同深度的剪應力進行計算，層間接觸條件設定為完全連續。

1.1 上面層不同厚度瀝青層剪應力分布規律研究

上面層厚度分別為3 cm，5 cm，7 cm時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖1所示。

圖1 上面層厚度變化對瀝青層內剪應力的影響規律圖

由圖1可以看出，剪應力在瀝青層范圍內隨著上面層厚度的增加而增大;最大剪應力出現在中面層，最大剪應力隨著瀝青上面層的厚度增加而逐漸增大，最大剪應力從0.313 9 MPa增至0.325 4 MPa，增幅 4%。

1.2 中面層不同厚度瀝青層剪應力分布規律研究

中面層厚度分別為4 cm，6 cm，8 cm時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖2所示。

圖2 中面層厚度變化對瀝青層內剪應力的影響規律圖

由圖2可以看出，剪應力在瀝青層范圍內隨著中面層厚度的增加而增大;最大剪應力出現在中面層，最大剪應力隨著瀝青中面層的厚度增加而逐漸增大，最大剪應力從0.313 9 MPa增至0.326 6 MPa，增幅 4%。

1.3 下面層不同厚度瀝青層剪應力分布規律研究

下面層厚度分別為5 cm，7 cm，9 cm時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖3所示。

圖3 下面層厚度變化對瀝青層內剪應力的影響規律圖

由圖3可以看出，剪應力在瀝青層范圍內隨著下面層厚度的增加而增大;最大剪應力出現在中面層，最大剪應力隨著瀝青下面層的厚度增加而逐漸增大，最大剪應力從0.313 9 MPa增至0.326 6 MPa，增幅 4%。

2 不同面層模量瀝青層剪應力分布規律研究

采用彈性層狀體系理論計算程序Bisar3.0，改變瀝青上、中、下面層模量，對瀝青層內不同深度的剪應力進行計算，層間接觸條件設定為完全連續。

2.1 上面層不同模量瀝青層剪應力分布規律研究

上面層模量分別為279 MPa，479 MPa，679 MPa時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖4所示。

由圖4可以看出，剪應力在上面層范圍內隨著彈性模量的增大而逐漸增大，在中、下面層范圍內有所減小;最大剪應力隨著瀝青上面層的彈性模量增大而大幅增加，最大剪應力由中面層遷移至上面層，數值從0.320 4 MPa增至0.427 4 MPa，增幅達33%。

圖4 上面層模量變化對瀝青層內剪應力的影響規律圖

2.2 中面層不同模量瀝青層剪應力分布規律研究

中面層模量分別為232 MPa，432 MPa，632 MPa時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖5所示。

圖5 中面層模量變化對瀝青層內剪應力的影響規律圖

由圖5可以看出，剪應力在中面層范圍內隨著彈性模量的增大而逐漸增大，在上、下面層范圍內則逐漸減小;最大剪應力隨著瀝青中面層彈性模量的增大而大幅增加，最大剪應力出現在中面層，數值從 0.320 4 MPa 增至 0.394 8 MPa，增幅 23%。

2.3 下面層不同模量瀝青層剪應力分布規律研究

下面層模量分別為232 MPa，432 MPa，632 MPa時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖6所示。

圖6 下面層模量變化對瀝青層內最大剪應力的影響規律圖

由圖6可以看出，剪應力在瀝青層內隨著下面層彈性模量的增大而明顯減小;最大剪應力隨著瀝青下面層彈性模量的增大而減小;最大剪應力由中面層遷移至表面層，數值從0.320 4 MPa減小至0.293 8 MPa，減小幅度為8%。

2.4 中、下面層不同模量瀝青層剪應力分布規律研究

中、下面層模量分別為232 MPa，432 MPa，632 MPa時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖7所示。

圖7 中、下面層模量變化對瀝青層內最大剪應力的影響規律圖

由圖7可以看出，剪應力在瀝青層內隨著彈性模量的增大而明顯減小;最大剪應力隨著瀝青中、下面層的模量增大而大幅減小，最大剪應力出現在中面層，數值從0.320 4 MPa減小至0.267 9 MPa，減小幅度為16%。

2.5 上、中面層不同模量瀝青層剪應力分布規律研究

上、中面層模量分別為279 MPa和232 MPa，479 MPa和432 MPa，679 MPa和632 MPa時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖8所示。

圖8 上、中面層模量變化對瀝青層內最大剪應力的影響規律圖

由圖8可以看出，剪應力在上、中面層范圍內隨著彈性模量的增大而逐漸增大，在下面層范圍內則逐漸減小;最大剪應力隨著瀝青上、中面層的模量增大而大幅增大，最大剪應力出現在中面層，數值從0.320 4 MPa增至0.401 MPa，增幅為25%。

2.6 上、中、下面層不同模量瀝青層剪應力分布規律研究

上、中、下面層模量分別為279 MPa和232 MPa，479 MPa和432 MPa，679 MPa和632 MPa時，其他各參數保持不變，瀝青層剪應力計算結果如圖9所示。

圖9 上、中、下面層模量變化對瀝青層內最大剪應力的影響規律圖

由圖9可以看出，剪應力在瀝青層內隨著彈性模量的增大而明顯減小;最大剪應力隨著瀝青上、中、下面層彈性模量的增大而減小，最大剪應力由中面層遷移至上面層，數值從0.320 4 MPa減小至0.307 2 MPa，減小幅度為4%。

3 結語

1)上、中、下面層的厚度增加均會導致瀝青層最大剪應力的增大;2)上面層、中面層、上面層和中面層組合的模量增大會導致瀝青層最大剪應力的增大;下面層、中面層和下面層組合及上、中、下面層組合的模量增加可減小瀝青層內最大剪應力，其中尤以中面層和下面層模量增加，剪應力減小的幅度最大(16%)，下面層模量增加，剪應力減小的幅度次之(8%)，上、中、下面層模量增加，剪應力減小的幅度最小(4%)。

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［5］吳傳海.重載交通瀝青路面車轍成因及混合料組成設計研究［D］.西安:長安大學，2008.