重載作用下瀝青路面彎沉軸載換算指數的分析

張 麗 娟

(上海師范大學建筑工程學院,上海 201418)

重載作用下瀝青路面彎沉軸載換算指數的分析

張 麗 娟

(上海師范大學建筑工程學院,上海 201418)

利用bisar軟件，研究了重載作用下基于彎沉等效的半剛性基層瀝青路面結構軸載換算指數隨路面結構的變化規律，并給出了推薦值。

瀝青路面，重載，彎沉，軸載換算指數

0 引言

JTG D50—2006公路瀝青路面設計規范中對軸載換算的研究仍舊沿用20世紀80年代初的成果，當時考慮的單軸荷載不大于130 kN，雙軸荷載不大于320 kN，這已不能適應當前重載交通實測到的軸載范圍。為了定量分析超限軸載對路面的破壞作用，本文對重載交通下瀝青路面軸載換算方法展開研究,以便在路面設計中準確反映重載的影響。

1 路面結構和荷載參數

1.1 荷載參數

限于非中心對稱荷載力學計算的復雜性,布載仍采用了當量圓方法。根據比利時公式，輪胎接地壓力和接地面積隨軸載增加的變化規律如下[1]：

A=0.008P+152

(1)

(2)

其中，A為輪胎接地面積，cm2；δ為輪胎接地面積當量圓半徑，m；P為每個輪胎所受的荷載，kN；p為輪胎接地壓力，MPa。

1.2 路面結構與材料參數

據調研，結合上海的現狀和材料供應，將典型結構定為四層體系，即：瀝青混合料面層、二灰碎石三渣基層、灰土底基層或礫石砂墊層、土基。其中，從技術與經濟方面考慮，上海瀝青面層典型結構大部分采用9 cm～12 cm雙層式，由細粒式瀝青混凝土與粗粒式瀝青混凝土組成；在交通量大，道路等級高的采用15 cm三層式。具體路面結構見文獻[2]。路面各結構層視為各向同性線彈性材料,各層材料的取值參考現行設計規范。

2 重載作用下瀝青路面軸載換算指數的求解

2.1 以彎沉為指標的軸載換算原理

首先應設法從理論上得到不同軸載作用下彎沉比l1/l2的簡化公式,根據相關文獻的分析和實測證明[3],對單后軸雙輪組的主要車型,其公式的可能形式:

(3)

或者:

(4)

然后與設計指標的容許彎沉值lR即路表彎沉的疲勞規律相聯系，例如容許彎沉值的公式為:

lR=AN-c

(5)

則不同軸載的容許彎沉值比為:

(6)

根據軸載換算等效原則,按Ⅰ型軸作用N1次后的容許彎沉值設計的路面結構,應與按Ⅱ型軸作用N2次的容許彎沉值設計的路面結構相同,所以lR1/lR2必然等于同一路面結構上Ⅰ型軸與Ⅱ型軸作用的彎沉比l1/l2。即:

(7)

以式(7)代入式(4)得：

(8)

此即以彎沉為設計指標時,軸載換算的形式。根據資料,此處c=0.2。

2.2 軸載換算方法的建立

計算對象及荷載圖示確定后，將每一個荷載圖示施加到各路面結構上進行彈性層狀體系理論力學計算。根據軸載調查的結果，單軸雙輪軸載上限為235 kN。所以，計算過程中，對每一結構和荷載圖示選取軸載范圍為130 kN～235 kN，間隔為20 kN，算得的所有130 kN以上軸重作用下彎沉值、基層層底拉應力，與標準軸載100 kN彎沉值、基層層底拉應力及各自的軸荷參數共同代入式(3)，式(4)，分別計算a,b。

2.3 計算結果分析

表1 不同交通量等級下的干線公路典型瀝青路面結構計算統計情況

表1為上海市不同交通量等級下的干線公路典型瀝青路面結構計算結果統計值，從表1中可看出，當軸載大于130 kN時，指數a,b值較為穩定，均值之間的差異多在0.005左右，分級統計的變異系數多在1.0%以下，最大僅有0.59%；適應交通等級越大的結構，其對應的軸載換算指數均呈現增大的趨勢，但增加值很小，即基于彎沉等效的軸載換算指數對路面厚度、各層模量比不是非常敏感。

從表1可以看出，對于某種特定類型的路面結構，其對應的a,b值偏差系數均較小，指數值較為穩定，證明軸載推導公式可行。對于適應中等交通、重交通、特重交通這三類路面結構對比來看，路面越厚，結構強度越高，其相應的指數值呈現增大的趨勢,b值從1.008變化到1.016。說明軸載換算指數隨著路面結構強度和公路等級的提高而略有增大。這一結論也和有關文獻相吻合[4,5]。

3 結語

從表1可以看出，盡管軸載換算指數隨著路面結構強度和公路等級的提高而略有增大，但因增大幅度不大，為了簡化起見，對于上海干線公路典型瀝青路面結構，軸重大于130 kN時，其基于彎沉等效的軸載換算指數可分別取其三類結構計算結果的平均值5.06。

[1] 黃文元,王旭東,孫立軍.公路超載特征及重載瀝青路面交通量參數[J].公路,2003(5)：23-33．

[2] 同濟大學.上海市干線公路性能狀況分析與技術對策研究總報告[R].2009．

[3] 林繡賢.柔性路面結構設計方法[M].北京:人民交通出版社,1988.

[4] 王 輝,武和平.瀝青路面按彎沉等效軸載換算的研究[J].中國公路工程學報，2003，16(1):71-73.

[5] 交通部公路科學研究所,東南大學,長沙交通學院.瀝青路面軸載換算標準的研究總報告[R].2000.

Onanalysisofaxleexchangeindexesfordeflectionofasphaltpavementunderheavyloading

ZhangLijuan

(CollegeofArchitecturalEngineering,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai201418,China)

The paper adopts bisar software, researches the changing law for the axle exchange index of the semi-rigid basement asphalt roadbed structure along with the roadbed structure based on the deflection equivalence under the heavy loading, and provides some recommendation value.

asphalt roadbed, heavy loading, deflection, axle exchange index

1009-6825(2017)23-0146-02

2017-06-01

張麗娟(1978- )，女，博士，講師

U416.223

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