基于重載作用下瀝青路面力學響應分析

上官宇浩+王鈺潔+卞超凡+顧晨耀+沈錢超

摘 要： 為了進行重載作用下水泥穩定碎石基層及瀝青穩定碎石基層瀝青路面的力學響應分析，本文通過改變基層厚度，采用瀝青路面結構受力狀態計算軟件Bisar3.0對2種基層類型的瀝青路面結構計算，得出瀝青路面的面層頂部、面層底部的最大剪應力、最大拉應力，進而得出重載作用下2種基層類型的瀝青路面結構面層頂部、面層底部的最大剪應力、最大拉應力在基層厚度發生變化的情況下產生的變化趨勢。

關鍵詞： 重載；面層；水泥穩定碎石；瀝青穩定碎石；Bisar3.0

0 引言

半剛性基層因為其荷載分布能力強，剛度大等特點被廣泛采用，我國90%以上的高等級公路基層和底基層均采用了這種材料[1-2]。柔性基層瀝青路面的基層采用級配碎石或瀝青穩定碎石，在我國多個地區同樣有著廣泛使用[3]。車輛超載問題在我國非常嚴重，由于車輛超載對于瀝青路面的損害是非常普遍的。我國在瀝青路面結構受力狀態計算軟件對重載作用下半剛性基層瀝青路面及柔性基層瀝青路面的力學響應分析是很少的，本文運用瀝青路面結構受力狀態計算軟件Bisar3.0對水泥穩定碎石基層瀝青路面和瀝青穩定碎石基層瀝青路面進行力學響應分析。

1 路面結構和材料參數

本文的瀝青路面結構上面層采用的材料為AC-13瀝青混凝土，中面層采用AC-20瀝青混凝，下面層采用AC-25瀝青混凝土，路面底基層采用水泥穩定碎石。基層分別采用了水泥穩定碎石和瀝青穩定碎石。

本文瀝青混合料的動態壓縮模量，無機結合料穩定類材料的模量，泊松比的數值。見表1。

2模型的建立

基于彈性層狀體系理論，假設層間連續。基于重載交通的考慮，軸載取單軸雙輪130KN，與之對應當量圓的半徑是11.45cm。X坐標長度為17.18cm（雙圓中心距），Y坐標長度為0.00cm。

分別計算水泥穩定碎石與瀝青穩定碎石基層在不同厚度情況下面層頂部、面層底部的最大剪應力、最大拉應力，并對以上數據進行分析。

3 計算結果及分析

3.1面層頂部

（1）拉應力分析

通過軟件計算，基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層頂部的最大拉應力見表2。

由表2中的計算數據可得圖1走勢圖，從右向左分析：以水泥穩定碎石為基層的路面，隨著其基層厚度的不斷減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大壓應力在所研究的范圍內呈現增大趨勢；以瀝青穩定碎石為基層的路面，隨著基層厚度的減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大壓應力在研究范圍內呈現增大趨勢。

（2）剪應力分析

經計算，基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層頂部的最大剪應力見表3。

由計算數據可以得到圖2趨勢圖，從右向左看：以水泥穩定碎石為基層的路面，如果其基層厚度的不斷減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大剪應力在所研究的范圍內呈現減小趨勢；以瀝青穩定碎石為基層的路面，隨著基層厚度的減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大減應力在研究范圍內是同樣是呈現減小趨勢。

3.2面層底部

（1）拉應力分析

經計算，基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層底部的最大拉應力見表4。

根據數據得到圖3，圖3從右向左分析：以瀝青穩定碎石為基層的路面，在給定荷載作用下，隨著基層厚度的減小，其面層底部的最大壓應力在研究范圍內同樣是呈現增大趨勢；以水泥穩定碎石為基層的路面，在給定荷載作用下，隨著其基層厚度的不斷減小，其面層底部的最大壓應力在所研究的范圍內呈現增大趨勢。

（2）剪應力分析

經過計算，得出基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層底部的最大剪應力。表5為具體計算數據。

由圖4從右向左分析：在給定荷載作用下，以水泥穩定碎石為基層的路面，隨著其基層厚度的不斷減小，其面層頂部的最大剪應力在所研究的范圍內呈現減小趨勢；以瀝青穩定碎石為基層的路面，隨著基層厚度的減小，其面層頂部的最大拉應力在研究范圍內呈現減小趨勢。

4 結論

（1）無論是半剛性基層（水泥穩定碎石基層）還是柔性基層（瀝青穩定碎石基層）的瀝青路面，它們的面層頂部、面層底部的剪應力在一定范圍內是隨著厚度的減小而減小。

（2）無論是半剛性基層（水泥穩定碎石基層）還是柔性基層（瀝青穩定碎石基層）的瀝青路面，它們的面層頂部、面層底部的拉應力（壓應力）絕對值在一定范圍內是隨后度的減小而增大。■

參考文獻

[1] 陳峰峰，黃曉明，單景松，等.重載交通下不同基層瀝青路面的力學分析[J].上海公路，2008，（2）：11-15.

[2] 胡明，于鵬輝，等.半剛性與柔性基層瀝青路面重載適應性對比分析[J].交通科技與經濟，2010，（6）：69-71.

[3] 林繡賢. 柔性路面結構設計方法[M.林繡賢. 北京： 人民交通出版社，1998.