基于瀝青路面結構層模量組合的路面疲勞壽命研究

楊賀啟

(武漢工程大學 湖北 武漢 430000)

基于瀝青路面結構層模量組合的路面疲勞壽命研究

楊賀啟

(武漢工程大學 湖北 武漢 430000)

考慮路面各結構層不同的模量組合，建立不同路面結構的有限元模型，分析路面結構不同模量組合對于瀝青面層最大拉伸微應變影響規律，從而得出不同模量組合對路面疲勞壽命的影響。結果表明：面層與基層模量組合對路面結構受力的影響非常顯著，當面層與基層模量相近時，路表最大拉應變和瀝青層層底最大拉應變均較小，此時路面疲勞壽命較大。瀝青路面設計時，課通過調節不同的路面結構模量組合，使路面結構處于較好的受力狀態，以大道延長路面的疲勞壽命的效果。

瀝青路面；模量；微應變；疲勞壽命

一、前言

隨著道路建設經驗的積累和對路面結構認識得不斷變化，現代路面結構組合方式趨于多樣化。除以半剛性基層為代表的“強基薄面”路面結構形式，倒裝路面結構和柔性基層路面結構也漸漸得到應用，從而造成路面結構組合設計越來越復雜。不同的路面結構形式，會對路表最大拉應變和瀝青層層底最大拉應變產生不同的影響，因而路面結構的疲勞壽命也會不同。

二、研究方法

采用不同的路面結構層模量組合，建立有限元模型，分別計算計算瀝青層的最大微應變，然后預測路面結構的疲勞壽命，從而確定抗疲勞性能較好的結構層模量組合方式。

(一)結構組合方案

為了比較不同的瀝青路面結構組合方式的力學影響特性和使用性能，選用相同的路面結構層厚度，到考慮不同的模量組合。該研究所采用的路面結構組合如表1所示。

表1 面層、基層材料參數

(二)有限元模型建立

本研究采用ANSYS建立路面三維有限元模型進行計算分析。該路面結構模型在計算機硬件允許的條件下應該是越大越合理，然而模型不可能無限大。因此，建立的模型基于以下兩個條件：一方面為了使計算模型的大小能使計算的結果準確；另外一方面，由于ANSYS為大型的計算分析軟件，在計算分析的過程中對計算機的硬件要求較為高，故必須在保證結果準確的情況下，使該模型在計算分析的過程中盡量小，盡量減少對計算機內存的消耗。有限元計算模型如圖2。

圖1 有限元計算模型

三、 瀝青層最大微應變計算及路面疲勞壽命分析

利用路面有限元模型，在瀝青路面不同面層與基層模量組合下，分別計算不同面層厚度下路表最大拉應變和瀝青層層底最大拉應力，并以此對路面結構的疲勞壽命作出分析。

當基層模量較大而面層模量較小時(圖4)，隨瀝青層厚度增加，路表最大拉應變逐漸變大，瀝青層層底最大拉應變逐漸減小。在這種模量組合下，由于路表最大拉應力較大，路面結構的疲勞壽命會比較小，路面將很快出現疲勞破壞。

當基層模量較小而面層模量較大時(圖5)，隨瀝青層厚度增加，路表最大拉應變和瀝青層層底最大拉應變均逐漸減小。在這種模量組合下，路表最大拉應力也較大，路面結構的疲勞壽命也會比較小，路面將很快出現疲勞破壞。

當基層模量與面層模量相當時(圖6)，隨瀝青層厚度增加，路表最大拉應變和瀝青層層底最大拉應變均較小。在這種模量組合下，路面結構的疲勞壽命較大。

圖4 結構C計算結果

四、 結論

(1)瀝青面層厚度對瀝青結構層的受力狀況有較大影響。

(2)不同的路面結構層模量組合，路面的受力狀態也會有明顯變化。面層與基層的模量均不是越大越好，也不是越小越好，只有當面層與基層模量相當水平時，路面結構的受力狀態相對較好，此時路面結構的疲勞破壞也會得到有限的控制。

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楊賀啟(1991-)，男，漢族，河南漯河人，學生，工學碩士，武漢工程大學橋梁與隧道專業，研究方向：道路工程。