半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析

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重载交通下半刚性基层路面荷载敏感性试验及对策措施

重载交通下半刚性基层路面荷载敏感性试验及对策措施
收 稿 日期 :2 1 - 10 0 1 l— 9
『]陈 永 贵 ,叶 为 民 ,江席 苗 ,等 . 溶 区高 铁 线 5 岩 路 优选 的模 糊 层 次分 析 法 . 同济 大学 学 报 : 自然 科 学版 ,2 1 ,3 (2 ,1 5 — 7 7 00 8 1 ) 7 3 15 . 『1许树柏 . 用决策 方法 :层 次分 析法 原理[ . 6 实 M] 天
津 :天 津大 学 出版社 ,18 . 98
『1杜栋 ,庞 庆 华 . 7 现代 综 合 评 价 方 法 与 案 例 精选
4 l 交 通 标 准化 4
H ha Eg erg 道路工程 iwy nien g n i
改 革开 放 以来 ,特别 是 近2 年来 ,是 我 国公路 0
提 出的轮 载P 与接 地压力p 间 的关系计 算 轮压 ,即 之
0. O8
/ _
, /
6 0 8 O 10 o
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一 一
00 .6 00 .4
10 2
10 4
10 6
10 8
次数 。在 路 面运 营过 程 中 。由于 超 载现 象 的存 在 ,
严重 降 低 了半 刚性基 层沥 青路 面 的使用 性 能和使 用 寿命 ,而半 刚性 基层 的路 用性 能 对路 面结构 的疲 劳 寿命 起着 决定 作 用 。 本 文 以二 级 公 路 重 载道 路 的典 型结 构 ( 表 1 见 ) 型 式 为标 准 ,应 用 S L 法 的B S R程序 计 算各 层 HE L IA 的层 底 拉应 力
道路工程 H ha Eg er i wy ni e g n i
重载交通下半刚性基 层路面 荷载敏感性i 验 对策措旋 式 及

沥青路面车辙预测模型的敏感性分析

沥青路面车辙预测模型的敏感性分析
关键词 : 车辙 ; 测 模型 ; 感 性 分析 预 敏
Ab t a t Th u t g h s e n a wa s h man a m o a p at a e l n , n t e e r a o s u t g r d ci n sr c : e r t n a b e l y t e i i h r t s h l p v n e t a d h r a e v r u r ti p e it mo e s o d y , n a - i n o dl n wa a s a d p p i a in c n i o s r d f r n .I o d r o et r o r h n h s s l t o d t n a e i e e t n r e t b t c mp e e d t e e mo es t e a s s n i fu n i g f c o s e o i e d l ,h c H e a d n e c n a t r we e r s n e t e s s e t a l r p e e td,h n y t mai l c r v e a d e a u t n e e ma e. n n ly t e e iw n v l a i w r d a d f a l h mo e s s n i vt s o i d l e st ii we e n l z d t i e r a ay e .I ma g i e f r gv n mn e c u ae y ud o iig r a c r t mo es a d o r a ph t d l n f s a l
民 营科 技
21年 期 0 第8 0
市政 与 路 桥 Fra bibliotek沥青路 面车辙预测模型 的敏感性 分析

高速公路半刚性基层沥青路面结构耐久性分析与设计的开题报告

高速公路半刚性基层沥青路面结构耐久性分析与设计的开题报告

高速公路半刚性基层沥青路面结构耐久性分析与设计的开题报告1. 研究背景高速公路是现代化交通体系重要的组成部分,其半刚性基层沥青路面结构被广泛应用。

为了保证高速公路的安全、可靠、舒适和耐久等性能,半刚性基层沥青路面结构的设计必须合理、科学、可靠。

基于此,本研究选择了高速公路半刚性基层沥青路面结构耐久性的分析与设计作为研究课题。

2. 研究目的和意义研究的目的是通过分析半刚性基层沥青路面结构的性能特点、结构特点和材料特点,确定其设计参数,进而确定其耐久性。

具体实现过程包括:(1)对半刚性基层沥青路面结构的材料进行力学性能测试和物理性能测试,建立相应的材料数据库,为后续的分析提供基础数据;(2)通过分析高速公路行车荷载和环境特点,确定半刚性基层沥青路面结构的设计参数,包括厚度、强度和缓冲层等;(3)采用有限元方法,建立半刚性基层沥青路面结构的数学模型,进行结构分析和耐久性分析;(4)根据分析结果进行优化设计,提高半刚性基层沥青路面结构的耐久性和性能。

本研究的意义在于:(1)研究高速公路半刚性基层沥青路面结构的设计原则和规律,为其实际应用提供科学基础;(2)对半刚性基层沥青路面结构的强度、稳定性和耐久性进行深入探究,可为优化设计提供技术支撑;(3)对于提高高速公路路面的安全性和柔性性,增强路面的耐久性和舒适性具有重要意义。

3. 研究内容和方法(1)研究内容①了解高速公路半刚性基层沥青路面结构的基本构成和设计原则;②分析半刚性基层沥青路面结构的材料性能,确定其材料参数;③分析高速公路行车荷载和环境特点,确定半刚性基层沥青路面结构的设计参数;④建立半刚性基层沥青路面结构的数学模型,并运用有限元方法对其结构分析和耐久性分析;⑤根据分析结果进行优化设计,提高半刚性基层沥青路面结构的耐久性和性能。

(2)研究方法本研究将基于以下研究方法:①文献调研法:通过收集和阅读相关文献,了解高速公路半刚性基层沥青路面结构的基本构成和设计原则,以及半刚性材料特性的研究现状;②实验测试法:对半刚性基层沥青路面结构的材料进行力学性能测试和物理性能测试,建立相应的材料数据库;③数学模型法:采用有限元方法建立半刚性基层沥青路面结构的数学模型,对其结构分析和耐久性分析;④优化设计法:根据分析结果进行优化设计,提高半刚性基层沥青路面结构的耐久性和性能。

柔性基层与半刚性基层沥青路面重载适应性分析

柔性基层与半刚性基层沥青路面重载适应性分析

柔性基层与半刚性基层沥青路面重载适应性分析摘要:论文以路面力学软件bisar3.0为计算工具,分析标准轴载、超载50%、超载100%的情形下对这两种不同基层沥青路面的力学响应,对比研究其路表弯沉、路面结构各层次(面层、基层、底基层)的力学特性。

结果表明,柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面的重载适应性存在明显差异。

只有对其合理优化组合,才能实现这两种路面结构的优势互补。

关键词:柔性基层;半刚性基层;重载适应性abstract: the paper to pavement mechanics for computing tools bisar3.0 software, analysis standard axle load, overload, overload 100% 50% of cases of the two different the mechanical response of the asphalt pavement, the contrast of the way the table deflection, pavement structure all levels (surface, basic level, subbase) mechanical properties. the results show that the asphalt pavement and flexible grassroots semi-rigid base of the asphalt pavement overloaded adaptability differences. only for the rational optimized combination, can realize the two complementary advantages of pavement structure.keywords: flexible grassroots; semi-rigid base; overloaded adaptability中图分类号:u416.217文献标识码:a 文章编号:1概述近年来,我国车辆的超载、超限情况十分普遍,重载(这里重载是指单轴轴载大于 130kn 或双轴轴载大于 220kn 的轴载) 日益显著增加。

半刚性基层沥青路面病害分析与预防

半刚性基层沥青路面病害分析与预防
坏 , 主要 有 路面 局部 凹 陷龟 裂和 结构 - l 生辙槽
路面局部 凹陷龟 裂是路 面局部 网裂的 延续 。 因局部 网裂没有 得到及 时的维 修封 堵 , 雨 水渗入 到基 层 , 而高 速行 驶车 辆轮 胎的 强大 “ 泵 吸” 作用使 半 刚性基 层的 胶结材料 被 吸出 。 长时 间下去 , 由于基 层材 料散失 , 路 面 出现 局部 下陷和 网 裂, 进 而 由局 部 网裂发展 成 为 明显的 凹陷 龟裂 , 对行 车 的平顺 性和 安全 性有很 大 影响 。 其特 征 为 : 起 始于 轮迹 处 , 路面 结构 在该 处完 全破坏 , 在破坏 过程 中雨 天有 灰浆 外泄 痕迹 。 结 构性 辙槽 是 由于 路面 承 载能力 不足 , 在 车辆荷 载 和环境 因素 的综 合作 用下 而在 轮迹处 产生 的路 面变 形 。 辙槽 产生 初期伴 有 微细裂 缝 , 随着 损坏程度 的 发展在 轮迹处产 生路 面下 凹和 龟裂 , 其 发展 规律 类似于 路面局
2 . 4 引起 半刚 性基层 沥 青路面 病害产 生 的原 因
桥头跳车有两种情况: 一是台背填土压实不足 , 导致填土在台背后数十米 范 围 内下 沉 。 其特 征 为 : 沉 降在 行车 方 向是渐 变的 , 延 续距 离相对 较 长 , 路面 的 整体 强度未 受破 坏 , 路 表面 也少有 损坏 , 但行 车时具有 明显的 “ 波浪 ” 感; 二是 由 于桥 梁与 台背 填土 刚度 的差 异而 产生 的不 均匀沉 降 , 从 而 出现 的跳 台 。 其特 征 为: 延续距 离短 , 只有 几米 , 路 面少有 损坏 发生 , 行车 时具有 明显 的“ 瞬 间跳车 冲 击” 感。 间距规 则的横 向裂缝 为半 刚性基层 的结 构性收 缩而导 致的 反射裂缝 , 它 横 向贯 穿高 速公路 半幅路 面 , 深度方 向贯 通全部 结构层 , 并 且缝宽 随季节变 化 。 般认 为这 种裂缝 不可避 免 , 对路面 的整 体 陛没有 损害 。 纵 向裂缝 的数量 较少 , 大多 发生在 高路堤地 段路基 外侧 。 成 因为路 堤 中央 与外侧压 实不 均或地 基受 外 部水源的长期侵蚀 , 导致路基或地基的不均匀沉降。 一般情况下裂缝较宽。 路表 局部网裂多发生在行车道轮迹下, 成因为路面局部施工缺陷。 如: 材料不均匀、 基层成型不好等 它起始于轮迹处。 正常车辙是指施工质量正常的情况下所出 现的车辙。 桥面沥青铺装层剥落坑槽一般发生在车辆荷载影响范围内, 是由于 桥面 板混 凝土 标高超 限 , 路 面厚度 不 足 , 从而难 以抵 抗接 触 面问 的巨大 剪切应

典型沥青路面结构力学分析

典型沥青路面结构力学分析
连续 ; ( 4 ) 地 基 底 面各 向位 移 为 0, 地基 侧 面 水平 方
向位移 为 0 。
认 为是 一个 连续 的 板 体 结 构 , 由于 失水 和 降温 的作 用, 将不 可避 免地 产 生一定 量 的收 缩裂 缝 , 随着 温度 周 期循 环 变 化 次 数 的增 加 , 裂缝 数量会逐渐 增加。 沥青 混合 料 面层铺 筑 完成 后 , 由于基 层 裂缝 的存 在 , 在 车辆 和温 度荷 载 持 续周 期 性 作 用 下 , 基 层 裂 缝 会
摘 要 采用 A B Q U S有 限元 分析 软件 , 基 于 弹性 各 向 同性 假 设 , 分析 了在 无 裂缝 及 产 生 裂
缝后 , 水 泥稳 定碎石 基层 沥青路 面 结构在 行 车荷 载 作 用下的 力 学响应情 况 , 为水 泥稳定 碎石
基 层 沥青路 面结构 和材 料设 计提 供理 论依 据 。
数, 并考 虑到 我 国交通运 输普 遍 的重超 载现 象 , 采 用 在不 同荷 载压力 下 , 计 算 出荷 载 一 次作 用 下 各 结 构 层 的弯拉 应力 , 计算 点位 剖 面 图见 图 4, 计 算 结 果 见
能要求 也 不 同。我 国高速 公 路基层 普 遍采 用半 刚性
为例 , 采用 静力 学分 析 方 法 进行 沥青 路 面 结 构 力学
分析研 究 。为反 映 半 空 间地 基 的特 性 , 地 基 采 用扩
水 稳基 层 , 并且 由于 其材 料易 得 、 造价 低 、 板 体性 强 、 承 载力 好等 优点 , 在 相 当长 的时 间 内都将 是 我 国路 面基层 的 主 要 结 构 形 式 。但 由于 其 本 身 固 有 的温
关 键 词 沥青路 面

公路沥青路面裂缝的原因分析及预防措施

公路沥青路面裂缝的原因分析及预防措施
技 工学校 ( 稿 日期 :2 1- 1 n 收 0 O O 一 8)
3 影响裂缝产 生的主要因素
() 1 沥青路 面开 裂的主 要原因可分 为两大类 :一种是 由于行车
荷载的作用而产生 的结构性 破坏 裂缝 ,一般称之 为荷 载型裂缝。 另一 种是 由于沥青 面层温 度变 化而产生的温度裂缝 ,包括 低温收缩裂缝和 疲劳裂缝 ,一般称之为非荷载型裂缝 。 ( 2)由于我 国现 行沥青路砥 没 汁规范 中规 定或推 荐沥青路 面采 用半刚性基层 ,所 以还存在着 因为半刚性基层的温缩裂缝或 干缩裂缝 引起沥青面层产生的反射裂缝或对 应裂缝 。此类裂缝主要是 非荷载型 的 ,在某些情况也可能是由温度和荷载共 同完成 的。 2 沥青路面裂缝应力分析 ( ) 1 结构性 破坏裂缝 。沥青路面 的结构性破 坏裂缝主 要是 由于 行车荷载引起的 。在车轮荷载作用下 ,大干半刚性 基层材料的抗拉强 度时 ,半刚性基层的底部就会很快开裂 ,在行车 荷载的反复作用下 , 底部的裂缝 会逐渐扩展到上部 ,并使沥青面层也产生开 裂破 坏 。影晌 拉 应力主要因素有面层的厚度 、基层本身的厚度 、基层 回弹模量和下 承层 的回弹模量 。
移是 由行车荷载 引起 的下卧路面结构在裂缝 处的差动位移 ,水 平位移
( 4 ) 接6 页 显示的效果 ,这种看法是 不对 的。为什么有的包子身形 不 划一 ,左厚右薄 ,上厚下薄 ,部分爆 口 ( 花 ) 开 不理想 ,部分漏底或 面上露馅 ,斜斜歪歪 。因此 , 包子 的造型是 否到 家 ,体现在师傅 的工
强度使路 面产生裂缝 。 () 3 半刚性 路面的反射裂缝和 对应裂缝 。① 由半刚性基层 温缩 开 裂引起 的反射裂缝 。通常 假设导致反射裂缝的机理是处 于沥青面层 下的半刚性基层 已经开裂 , 并且允 许有垂直位移和水平位移 。垂 直位

浅谈半刚性基层沥青路面反射裂缝的成因及防治

浅谈半刚性基层沥青路面反射裂缝的成因及防治

面结构 的材 料组 合上 发 生 很 大变 化 。首 先 体现 在路
面面层 上 , 由原先 的 刚性 路 面 向柔 性 路面 转 化 , 目的
是 适应 高等 级公路 快速 、 舒适 的要求 。其次是 路面 的 基 层 , 去大 都采 用级 配 碎 石等 柔 性 基层 , 在 高等 过 现 级 公路 的基 层基灰 、 煤 灰三 渣 、 泥 ( 灰 ) 定碎 粉 水 石 稳 石 等半 刚性 基 层 , 而使 路 面 面层 承担 功 能层 的作 从
为 了减少 温度对 路 面反 射 裂缝 的影 响应 采 取 以
劳 、 拉屈 服与剪 切屈 服单 独或联合 作用 在行车荷 载 受 产 生拉应力 超过 了材料 的疲 劳强度 , 底面先 开裂并 逐
特别 是重 车 、 超重 车 的反 复 作 用下 , 青 结 构层 底 面 下 措施 : 沥
( 选择基 层 时 , 优先选 用二 灰类 基层 ; 泥稳 1 ) 应 水
以用橡 胶 沥青 或 聚合物 改 性 沥青 在 沥青 混凝 土 表 面 增加水 泥用 量 , 导致 后期 出现 更 多 的干 缩裂 缝 , 施 在
为 明显 的是 刚修建 不久 的沥 青 路 面上 布满 大 量 的不
规 则裂缝 , 碍路面 的景 观 , 随着时 间的推 移 , 有 并 大量 路 面水沿 着 裂 缝 渗 入 基 层 , 成 基 层 结 构 材 料 的离 造
析、 流失 和强度 的降 低 , 从而 进一 步引起路 面 的坑洞 、
3 2 温 度 原 因 .
用 。由此可适 当降低面层 厚度 以节约 工程造 价 , 并且 降低面层 结构 发生 破坏 的概率 , 提供路 面 良好 的路用
性 能 , 路面 结构 组 合 更趋 合 理 。然而 , 使 随着 半 刚性 基 层沥 青路 面 的大 量修 建 , 逐渐 出现 了新 的问题 。最

浅谈半刚性基层沥青路面的反射裂缝的成因和防治措施

浅谈半刚性基层沥青路面的反射裂缝的成因和防治措施

浅谈半刚性基层沥青路面的反射裂缝的成因和防治措施发布时间:2021-06-28T04:09:38.131Z 来源:《防护工程》2021年6期作者:宋益[导读] 半刚性基层的沥青路面是现阶段我国高等级公路所采用的最广泛的路面形式。

该种路面结构形式中会不可避免的产生反射裂缝。

本文通过对反射裂缝的成因进行分析,提出一系列防治措施,可为该种路面结构设计提供借鉴。

宋益重庆交通大学土木工程学院重庆 400047摘要:半刚性基层的沥青路面是现阶段我国高等级公路所采用的最广泛的路面形式。

该种路面结构形式中会不可避免的产生反射裂缝。

本文通过对反射裂缝的成因进行分析,提出一系列防治措施,可为该种路面结构设计提供借鉴。

关键词:半刚性基层沥青路面;反射裂缝;防治措施1 引言近年来,我国经济不断发展腾飞,不断实现我国走向现代化的阶段性目标。

而且高速公路作为一个国家走向现代化的重要标志,大力发展高速公路是实现现代化的重要手段。

半刚性基层路面由于其一众优点被广泛应用于我国高等级公路的路面结构设计中,其中沥青路面是由于其表面平整、易于连续施工且养护维修方便等特点被广泛应用为我国高等级公路的面层结构。

但是这两种结构组合形成的路面结构容易产生一种自基层往上延伸的“连锁裂缝”——反射裂缝。

其产生的基本原因为半刚性基层在运营过程容易产生收缩裂缝,由此破坏了基层的传力性和层间的连续性。

2 反射裂缝的类型及产生原因反射裂缝从其裂缝扩展路径上可分为反射裂缝和对应裂缝两种。

其中,对应缝隙是沥青路面结构由于基层(或老路面)开裂促成较厚的沥青面层(或罩面层)由顶面到底面产生的裂缝。

从反射裂缝形成原因上又将其分为两类:即荷载型反射裂缝和非荷载型反射裂缝。

其中非荷载型反射裂缝又包括温度裂缝、干缩裂缝、材料不合格或者沥青面层过薄所产生的裂缝等。

荷载型反射裂缝:荷载型反射裂缝是在车辆荷载作用下形成的,参考相关文献[1-3],荷载对反射裂缝的作用的整个过程分为了三个阶段:当车轮荷载在经过基层裂缝所对应的面层区域时,整个由荷载对面层的应力影响线可由图看出:①当车轮荷载还未经过裂缝,只是在其一侧时,此时在沥青面层中会产生比较大的剪应力;②当车轮荷载正处于裂缝顶面正对的顶面时,沥青面层中产生的弯拉应力是主要的应力。

半刚性基层的沥青路面反射裂缝分析与防治

半刚性基层的沥青路面反射裂缝分析与防治
图。
R 与 地 电位 连 通 , c0 。 7 Vr V = 总 之 , A 定 在 + . + .V之 间 ,经 过 D V 限 0 V~ 5 7 7 3的 +
0 V压差补偿 后 , 。 出限定在 0 5 . 7 V输 - V之 间 , 即称为用
于单 片机 单 极 性 调 理 电 路 。
维普资讯
A 翻 E U L E G 嚣 G 魏C C 鼗A N E t
建 筑 工 程

基层 沥青路面 , 但半 刚性材料之一 沥青材料 对温度和湿 度变化 比较敏感 , 在其强度形成过程 中以营运期 间会产 生干缩裂缝和低温收缩裂缝。因此 , 探讨反射 裂缝的形 成机理 , 对采用优质 的路 面材料 、 理的结构层次 , 合 压缩 沥青路面面层厚度 , 采取切实有效 的技术措施 防止或延 缓 沥青路面开裂的产生 , 并对 已发生 的裂缝进行 治理 是
A 【 i EC I I E 矾 E _ G | nr TJ I Cj R L ¨e E l R
—■■啊 ■■■
建 筑 工 程
三、 防止 措 施
温度 收 缩 与 干 燥 收缩 一般 同 时发 生 , 且 往 往 产 生 相 反 而 效 应 。处 于 平 衡 含水 量 状 态 的半 刚 性 基 层 材 料 , 着 内 随
综 合 以 上分 析 , 刚 性 基 层 沥 青路 面 的 反 射 裂缝 形 半
部温度 的进一步降低 , 含水量会有 所上升。所以其胀缩 率是温度与湿度相互 作用 的综合效应。
3 劳特性 。 刚性 基层材料模量随龄期的增长 而 . 疲 半 不断增 长 ,这种基层早期具有柔性路 面的力学特性 , 当 环境适应 时,其强度和刚度 都会 随时间的增 长而增 强 , 但 其最终抗弯拉强度和弹性模量还是远小 于刚性基 层。 半 刚性基层的强度不仅与材料 品种有关 , 而且与试验及 养生条件有关。对水泥稳定材料强度 主要受级配组成 、 粉粒 含量 、 粘粒 含量 、 泥剂量影响 ; 水 石灰粉煤灰 稳定 材 料 主要受土的类别 、 塑性指数 、 粒料及配合 比影 响。 刚 半 性基层结构与柔性路 面相 比, 具有强度高 、 稳定性好 、 刚 度大 、 整体性好等优点。 其不足之 处是脆性大 、 变形能 抗 力差。当我们在半刚性基层上铺筑较 薄的沥青 面层 时 , 由于沥青对温度的敏感性 ,以及在疲 劳荷 载作用 下 , 半 刚性 基层裂缝便反应到面层 上形成反射裂缝 。

城市道路沥青路面结构力学响应分析

城市道路沥青路面结构力学响应分析

25 .
2.5 7 3 32 .5 35 .
图 3 三 种 计 算 结 构 路 表 弯 沉 趋 势 图
12 .5
l5 _ 17 .5 2 22 .5
O 1 .33 1
0.5 1 98 0.8 1 64 O 21 . 3O 02 97 .3
市 道 路 沥 青 路 面 设 计 及 结 构 选 取 提 供 准 确 、 靠 可 的参 考 依 据 。
1 路 面 结 构 方 案 及 计 算 说 明
11 路面 结 构 调 查 .
本 文 通 过 路 面钻 芯 取 样 调 查 ,确 定 济 南 市 区 世纪大道 等 l 0余 条 主 、 干 道 , 分 结 构 组 合 情 次 部
道 路今 后主要 的结 构形式 。
关 键 词 : 市 道 路 ; 青 路 面 ; 刚 性 基 层 ; 合 式 基 层 ; 性 基 层 ; 学 响 应 城 沥 半 复 柔 力 中 图 分 类 号 : 4 62 7 文 献 标 识 码 : 文 章 编 号 :0 9 7 1 ( 0 )5 0 7 - 6 U 1.1 A 10 — 76 2 1 0 - 15 0 1
在 x_ Z平 面 内 。 因此 在 力 学 分 析 时 , 计算 该 平 只 面 内 的应 力 、 变 及 竖 向变形 。 X方 向上 取 l 应 在 9 个 坐 标 点 , 表 4所 列 ; 见 Z方 向上 , 根 据 具 体 结 将 构 的差 异 有所 不 同 。
表 4 路面 结构 力学计算 点 X坐标 分布表 坐标值的半径倍数
0 引 言
半 刚 性 基 层 由于 强 度 高 、冈 度 大 、承载 能力 《 强 , 相 对 造 价 低 廉 , 为 我 国 城 市 道 路 沥 青 路 且 成 面 主要 基 层 结 构 形 式 。然 而 其 本 身 干 缩 与 温缩 特 性 , 致 沥 青 面 层 产 生 反 射 裂 缝 , 可 避 免 的造 导 不 成 沥 青 路 面 的早 期 结 构 性 破 坏 , 之 半 刚 性 基 层 加 维 修 养 护 比较 困 难 , 得 这 一 主 流 基 层 形 式 凸显 使 出严 重 的路 用 性 缺 点 l。为此 , 市 道 路 沥青 路 面 】 】 城

半刚性基层与柔性基层对超载的力学响应对比分析

半刚性基层与柔性基层对超载的力学响应对比分析
道路工程 H ha Eg er i wy nien g n i g
蒋 科
( 商 局 重 庆 交 通 科 研 设 计 院有 限公 司 ,重 庆 4 0 6 ) 招 0 0 7
摘 要 :根 据 弹 性 层 状 体 系理 论 ,以 B S R 30 件 为 计 算 工 具 ,分 别 计 算 出半 刚 性 基 层 和 柔 性 基 层 沥 青 路 面 在 07 a IA .软 . MP 、 08 MP 、 1 MP 的 轴 栽 作 用 下 的 力 学 响 应 ,分 析 出不 同荷 栽 作 用 下 的 半 刚 性 基 层 和 柔性 基 层 的路 表 弯 沉 、面 层 和 基 层 的 受BI AR 30 s f r o o u i g to s t e s mi rgd a d f xb e b s f h o d s ra e d f c i n h sn S . o wa e f rc mp t o l, h e — ii n e i l a e o e r a u fc e e t ,t e t n l t l o
1 2 09 .
截 至 2 l 年 底 ,我 国 已建 成 高 等 级 公 路 74 00 .万
k m,其 中8 %为半 刚性 基层 。 由于 目前 的管 理体 制 5 还不 完善 ,大多 数 司机 和商 家为 了谋 取 利润 而选 择
超载 。大量 的超 载 、重 载现 象使 我 国公路 出现 了大 口应 设 置 在 交通 条 件 较 好 的 主 、次干 路 和 支 路上 , 结 合宏 观路 网分 析及 微 观仿 真分 析合 理设 置 。 本 文 论述 了工作 过程 中方案设 计 思路 及研 究 过
Flx bl s 0 ov ro d e i e Ba e t e l a

级配碎石夹层半刚性底基层沥青路面结构分析

级配碎石夹层半刚性底基层沥青路面结构分析
so e iRii p a tPa e e twih tu t r ay i fS m - g d As h l v m n t Unb u d Ag r g t s o n g e a e Ba e
YUAN u ,H UANG a m i g Jn Xio n
t r ld f u ti o n n s m irg d a p a tpa eme twih u b u d a g e ae u e a e t o g o ta — u a e a l s f u d i e —i i s h l v n t n o n g r g t pp r b s hr u h c n r s tn . An ts g e t o to n e n o e tu t r l d sg . ig d i u g ss c n r li d x a d pr p r sr cu a e i n
[ yw r s n o n grgt;n nier s u tr nls ;d s nid x Ke o d ]u b u dagea e o l a ; t c ea ayi ei n e n r u s g
半 刚性 基层 沥 青 路 面普 遍存 在 排水 条 件 差 , 易 产 生反 射裂缝 这 一 缺 点 。将 具 有 良好 级配 、 工合 施
间的夹层 , 能够 减 少 路 面 的 反 射 裂缝 。在 结 构 中 的
级 配碎 石 , 应力 一应 变关 系 为非 线 性 关 系 。也 就 其
非 线性 变 形 特 性 … 。考 虑 级 配 碎 石 层 与 沥 青 面 层
和半 刚性底 基层 之 间 的接 触 条 件 为完 全 光 滑 , 刚 半 性 基 层 与 土 基 之 间 的 接 触 条 件 则 为 连 续 。 采 用

半刚性基层沥青路面动力响应分析

半刚性基层沥青路面动力响应分析

O0E .0删

13 路 面 结 构参 数 .
50Eo o—6

计算模型采用我国典型的半刚性基层路面结构 , 中、 上、
下 面层厚度分别为 4e 5e 6c m、 m、 m,半 刚性 基层厚 2 m, 5c 底 基 层 厚 2 m。 5e 14 有 限 元模 型 .
10 E 。 .o-5 15 E 0 .0_5
1 计算模 型 11 行 车荷 载 的接 地 模 式 . 将 10k 的双 圆均 布标 准 荷载 简化 为双矩 形均 布荷 0 N 载, 荷载模 型如图 1 所示 , 地宽度 B=1 . m, 接 8 6o 接地长度 £ =1 . m, 载为 P=10k 接地压力 P=07MP 。 9 2o 轴 0 N, . a
面几何 曲线波长 , 荷载时程曲线如 图 2所示。



最大弯沉值 见表 1 。 表 1 不 同行车速度下 的最大弯沉表
葡 薛 禧
O r
时间 / s

5. E 6 oo
o5 .

L5 .

时 , 3 . 4 嘎s 3 5 4 . 5
图 2 荷 载 时 程 曲线
不同行 车速度下路 面弯沉 随时 间变化。不同行车 速度下 的
12 动 力 荷 载 模 型 .
为研究方便 , 本文采用采用 比较简单的半正弦波动荷载
来模拟实际车辆荷 载 , 其表达式为 P t = s ( )其 中P () i £ , n 0 为轮胎压力 , 为振动 圆频率 , =2 V L V为车 速 ,  ̄ /, £为路

面是 固定的 ;2 模型顶面是 自由的 ;3 模型侧 面是 限制其 () () 法线方 向位移及另外两个 方 向的转动 。图 3为道路结构示 意 图。

半刚性基层沥青路面结构特性分析

半刚性基层沥青路面结构特性分析

半刚性基层沥青路面结构特性分析王明远(郑州市市政工程总公司,郑州450007)摘要:针对高速公路半刚性基层沥青路面的早期损坏,从路面结构层层间状态、路面抗裂、路面荷载特性、路面耐水性、路面养护特性等方面分析了半刚性基层沥青路面结构特点,提出防止路面早期损坏的措施.关键词:道路工程;半刚性基层沥青路面;路面养护;早期损坏中图分类号:U416.01文献标识码:A我国的高速公路半刚性基层沥青路面是公路发展的历史性产物.长期以来人们普遍认为这种路面具有以下优点:①板体性强,承载能力和抗变形能力高;②抗冻性好,能有效治理季节性冰冻地区的翻浆;③可以充分利用地方性材料,造价低.然而与国外的高速公路沥青路面早期损害相比,我国的路面损坏出现得更早,而且出现的损坏现象与设计控制的损坏有所不同.因此,必须针对我国高速公路沥青路面结构,深层次地剖析高速公路半刚性基层沥青路面的特点.1路面结构层层间状态特性现行公路沥青路面设计规范在进行半刚性基层沥青路面理论计算时,其中一个重要假定是层间接触条件为完全连续,即在设计结构厚度和验算沥青层底的拉应力时,假设路面各层之间的界面处于完全连续的状态.实际上沥青层与基层之间、沥青层各层之间、基层各层之间,都有可能是部分连续或者滑动的,完全连续的界面条件仅仅是开放交通初期层间尚未受任何影响时的一种理想状态.交通部公路所进行的加速加载试验显示:在表面轮迹带上出现纵向裂缝停止加载后,通过开挖发现,表面的纵向裂缝只产生在较薄的沥青层内,下面水泥稳定基层并没有发生疲劳破坏;但是水泥稳定基层顶面出现了磨蚀,表明在荷载作用下沥青层和半刚性基层处于滑动状态[1].为了分析层间接触条件变化对路面结构受力状态的影响,利用弹性层状体系理论计算了基层与沥青层之间不同界面条件下的应力分布,见图1.结果表明:基层与沥青层之间由连续变为滑动时,路表、路基弯沉增大,但是与荷载影响相比,层间联结状态对弯沉值的影响很小,即弯沉指标对界面条件的变化不敏感;当界面条件由完全连续状态变为完全滑动状态时,在100kN和300kN作用下,最大拉应力分别增加了29%,97%,最大剪应力分别增加了22%,63%;在滑动情况下,结构最大剪应力出现在荷载圆圆心下方,且随着荷载的增大,出现深度加深[1].曾梦澜等[2]分析了沥青面层与基层间接触条件对半刚性沥青混凝土路面极限轴载的影响.计算显示:接触条件由连续到滑动,可以导致极限轴载降低大约40%;在不同的接触条件下,所讨论路面结构的极限轴载在183~399kN之间变化,路面极限轴载与现实超载车辆轴载处于同一量级.文献[3]计算分析表明:当面层与基层完全连续时,路面剪应力从上至下逐渐减小,主要集中在面层内,传至基层顶面已经很小;面层与基层发生相对滑动后,面层内最大剪应力出现在面层中部,同时,基层顶面也形成两部分剪应力集中区域.以上力学分析表明,当层间界面条件由连续变为滑动时,路面结构的剪应力和拉应力将发生很大的变化.因此,可以说路面结构的剪应力、拉应力对边界条件和荷载具有很强的敏感性.沥青层之间不能成为整体,沥青层与基层不连续,有可能使沥青路面的使用寿命缩短,成为早期损坏的根源.一般情况下,基层材料的抗剪能力远低于沥青混凝土,所以面层与基层发生相对滑动对基层的受力很不利,过大剪应力使基层表面部分容易发生变形甚至破碎,从而在路表形成车辙、网裂和坑槽等早期破坏现象.而事实表明各层间的联结是路面结构中比较薄弱的地方,尤其是沥青混凝土面层与半刚性基层之间的联结.导致沥青面层和基层层间界面条件发生变化的因素见图2.排除非规范施工因素外,水的存在是结构层层间界面条件发生变化的主要诱因.由于我国的半刚性基层特别致密,水无法通过基层排走,滞留在基层表面的水使基层软化并形成泥浆.在荷载的作用下,沥青层和基层之间的界面至少在局部地方将从理想中的连续状态变为滑动状态或半滑动状态;而基层表面容易破坏成为灰浆,通过裂缝泵吸到路面上产生唧浆.同时,路面结构将产生较大的剪应力和拉应力,在较大的剪应力、拉应力的共同作用下造成路面提前破坏,而车辆的超载又加剧了这种破坏的发展2路面抗裂特性沥青路面出现裂缝是不可避免的,而半刚性基层沥青路面的开裂更加严重.路面存在裂缝,一方面使路面荷载变化不再连续,从而降低路面的传递荷载能力;另一方面为水提供了进入路面结构层的途径.图3对早期非荷载裂缝的成因做了简要概括.目前为止,沥青路面产生的温缩裂缝,尚无法避免和根治.因此从这个意义上讲,温度裂缝不能算是沥青路面的早期损坏,是属于一种正常的力学行为,但对于其带来的影响,需通过养护工作采取一定的措施加以弥补.半刚性基层沥青路面反射裂缝指沿开裂基层向上方扩展到沥青面层而形成的裂缝.很显然,反射裂缝的产生首先归因于半刚性基层的开裂,然后再经行车或温度、湿度变化引起沥青面层开裂.根据开裂原因半刚性基层开裂可以分为两大类:荷载型裂缝和非荷载型裂缝.正常条件下,我们更关注半刚性基层的非荷载型开裂.半刚性基层非荷载型裂缝包括:温缩裂缝和干缩裂缝.在基层开裂过程中,如果水进入路面结构内,虽然水和水泥稳定材料中的细颗粒在开裂破碎后能形成胶液,对开裂有一定重愈合作用;但在交通荷载作用下,由于压力水的渗透,水泥稳定材料的开裂也可能被加速.因为横向开裂,使半刚性基层成为被裂.缝隔开的板结构.板块之间的剪应力靠裂缝表面啮合实现,其传递随时间、年平均温度以及温度梯度而变化,从而使基层中对应产生不同的应力分布.当传荷能力很小时,一旦裂缝表面处拉应力消失,垂直于裂缝的拉应变就比板中间大得多.同时,在开裂处路基垂直应力增加,使得路面受力状态更加不利.在基层出现裂缝的位置,汽车荷载及温度荷载在裂缝对应的上方造成应力集中,从而导致沥青面层产生反射裂缝.3路面耐水特性沥青路面的水损坏已经成为沥青路面早期损坏的一种主要模式.整个水损坏过程包括:静水损害和动水损害两个方面.大量研究表明[4-6],动水压力作用是引发高速公路沥青路面水损害的重要原因,动水压力与行车速度的平方成正比,随行车速度呈级数增长,而超载又加速了损坏进程.根据实地调查我国半刚性基层沥青路面水损坏从发生的形式上主要分为两种类型:自上而下的路面水损坏和自下而上的水损坏. 自上而下的路面水损坏表现形式主要是表面松散和坑槽.它的形成条件是水能够渗入表面层,但继续往下渗透比较困难,同时存在外力作用的环境.据国内外的研究认定,沥青路面的空隙率小于8%时,沥青层中的水在混合料内部以毛细水的形式存在,在荷载作用下一般不会产生大的动水压力,不容易造成水损坏;而对于排水性沥青路面空隙率大于15%时,水能够在空隙中自由流动,也不容易造成水损坏.当路面实际空隙率在8%~15%的范围内时,水容易进入并滞留在混合料内部,在荷载作用下产生很大的毛细压力成为动力水,造成沥青混合料的水损坏.该类水损坏的进程与荷载的大小、频度有关.在初始阶段:集料与集料之间发生剪切滑移,伴有沥青膜移动和脱落;剪切应力超过沥青与集料的粘附力导致附着力丧失,但这个过程很短.在这个阶段,它往往局限于表面层发生松散和坑槽,如果及时修补,路面性能可以很快恢复;但是如果不及时维修,损坏面积将扩散很快.所以对该类水损坏要在其发生的初始阶段,尽快维修遏制其发展速度,尽量减小对路面的损坏. 当半刚性基层沥青路面的沥青层较薄时,路面的水损坏经常是自下而上发展的.此类水损坏主要由于半刚性基层本身的强度较高,细料含量又多,非常致密,透水性差,同时又存在一定的裂缝.水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走,只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚.沥青层和基层之间的界面条件将从想象中的连续状态变为滑动状态或半连续半滑动状态.沥青层底部的弯拉应变将可能成为控制指标,在交通荷载作用下,下面层将有可能早于基层首先发生弯拉开裂,并逐渐向上扩展.而且由于半刚性材料本身的微裂,导致水在半刚性基层内流动,使得半刚性基层不断松散.这种类型的水损坏基本过程见图4,且主要发生在雨季或梅雨季节以及季节性冰冻地区的春融季节,损坏之初一般都先有小块的网裂、唧浆,然后松散形成坑槽,发生水损坏的地方一般是透水较严重且排水不畅的部位.4路面荷载特性公路沥青路面设计规范中,进行半刚性基层层底拉应力验算时,轴载换算系数取8,标准设计轴载为100kN.下面做一个简单的比较,当轴载从100kN增至300kN时,不计其他因素的影响只考虑换算指数变化得到的轴载换算值,见表1.表中结果直观显示,在相同的换算系数等于8条件下,随着轴载的增加换算成的标准轴载数值增长惊人,更不要说轴载超过l30kN时,变化换算系数的影响。

沥青路面结构层界面效应

沥青路面结构层界面效应

沥青路面结构层界面效应探析摘要:通过调查分析影响路面结构层间的界面性能的各个因素,初步拟从施工等外界因素着手,从中提炼出主要的影响因素;通过理论研究和试验分析,建立合适的界面破坏模型;通过现场实测与室内试验,对理论结果进行检验,进一步完善界面模型。

总结上述理论分析和试验结果,提出更加合理的设计、施工方法。

关键词:沥青面层半刚性基层预防措施一、前言随着经济的发展,公路事业的发展已经步入快车道。

沥青路面具有弹性和韧性、平整度好、噪声低等特点符合现代交通的要求,因此被广泛应用于各等级公路的新建、旧水泥路面的改造等建设。

当前,高速公路沥青路面早期破损问题,已成为影响我国公路健康发展的突出矛盾。

不足之处主要表现在三个方面:一是损坏时间早,有的路面建成使用后不久,就出现了较严重的损坏现象,个别路段通车当年就出现了损坏,达不到设计寿命。

二是损坏范围宽,全国各地都不同程度地存在着路面过早损坏问题。

三是损坏程度重,有的损坏不是局限在沥青表面层,而是基层也发生损坏,不得不进行路面重建。

当沥青层和基层之间的界面条件从理想的连续状态过渡为滑动状态或半连续半滑动状态时,将有可能在荷载作用下早于基层首先发生弯拉开裂,并逐渐向上扩展,成为破坏的根源。

为了使半刚性基层沥青路面能够在实际工程中能够得到更好的应用,非常有必要对这种界面特性进行细致的分析。

二、影响沥青路面结构层破坏的因素结构层模量结构层模量和厚度是沥青路面结构设计中的重要参数,其中影响较大的主要是面层和基层模量。

(二)地基沉降公路建设中,对软基的处理不彻底,或软基地段处理后没有沉降稳定就进行修筑沥青路面,往往就会发生路基失稳或过量沉陷,从而导致沥青路面破坏或不能正常使用。

(三) 水沥青面层破坏的一个很重要的原因是水,沥青面层中水的来源有地面降水和路基中挤上来的水,或者大气降水渗到沥青面层中而排不出去,这样在汽车荷载及温度变化的作用下,沥青面层容易产生破坏。

(四)沥青面层颗粒离析沥青面层集料局部粗集料偏多,细集料偏少,则不易压实,矿料与沥青的粘结力小,抗剪强度低,容易出现松散。

三类沥青路面结构力学响应的对比分析_申爱琴

三类沥青路面结构力学响应的对比分析_申爱琴

路改扩建工程为依托, 采用壳牌设计软件 BISAR 3. 0 为计算工具, 并用 M at hlab 7. 0 软件将三类
沥青路面结构、各主要力学响应量进行三维化处理, 并对力学响应分布进行了比较分析。结果表
明: 从路面整体受力的角度看, 复合式基层沥青路面的各项力学响应均介于柔性基层沥青路面及半
刚性基层沥青路面之间; 复合式基层沥青路面较柔性基层沥青路面及半刚性基层沥青路面有较大 的力学优势。
1 沥青路面结构方案及计算模式
1. 1 三类沥青路面结构方案 本研究选取了三类沥青路面结构进行 力学分
析, 材 料参 数 采用 项 目实 测 值, 泊松 比 参考 美 国 SH RP L T P P 中推荐值。三类沥青路面曲型结构及 材料参数见表 1~ 表 3。
表 1 半刚性基层沥青路面典型结构及材料参数
收稿日期: 2008-07-08 基金项目: 京津塘高速公路改扩建工程项目( K JY F-2008/ JT 03) 作者简介: 申爱琴( 1957- ) , 女, 四川绵阳人, 教授, 博士研究生导师, E- mail : saq6305@ 163. com 。
2 mechanical response
1. 2 计算说明 计算荷载采用标准双轮轴载 100 kN, 胎压 0. 7
M Pa, 轮压半径 R 为 10. 65 cm , 双圆中心距 15. 975 cm[ 2] 。采用壳牌设计软件 BISA R 3. 0, 层间假定完 全连续。在计算中假定, X 向为道路行车方向, Y 向 为道路横断面方向, Z 向为深度方向[ 3] 。在双圆均 布荷载作用下, 最不利的应力、应变空间位置必然在 道路的横断剖面上, 因此在力学分析时只计算这个 平面内点的力学响应[ 4] 。在道路横断面方向取 19 个坐标点( 表 4) , 为了更直观地反映路面结构的空 间实际受力状况, 用 Mat hlab 7. 0 软件对 BISAR 3. 0 软件的计算结果进行空间三维化处理, 见表 4。

半刚性基层沥青路面与基层模量敏感性分析

半刚性基层沥青路面与基层模量敏感性分析

基 层 的 弯拉 应 力 、应 变及路 表 弯沉都 呈下 降趋 势 ;随 着基层 模 量
的增 大 ,基层 弯拉 应 力 、应 变逐 渐增 大 ,底基层 弯拉应 力、应 变 和 路 表 弯沉逐 渐 减小 ;随着 面层模 量 的增 大 ,基层 弯拉 应 力 、应 变逐 渐增 大 ,而 底 基层 弯拉 应 力、应 变和路 表 弯沉逐 渐 减小 。 关 键词 道 路 工程 ;沥青路 面 ;敏 感性 分析 ;路 表 弯沉
引 言
准 南 市是 安 徽 省 重 要 的 能 源 ( 煤炭 )基 地 ,大量 的煤 炭 通 过 公 路运 输 。从 全 区道路 技 术等 级来 看 ,很 多公 路等 级不 高 ,却 承担 繁 重的运 输 任务 ,交通 流 已呈现 出 “ 重 载 、大流 量和 渠化 交 通” 的特 点 。矿 区道 路 以及 相邻 的主 要 干线 如 国道 、省道 损 毁突 出。 路面 损 毁是 与交 通状 况 和道路 结 构密切 相 关的 。车 载作 用下 半刚 性 基层 沥青 基 层 、底基 层 的应 力 、应变 以及 路表 弯 沉会 随着 它的 模 量的 变化 而 变化 ,进 而改 变路 面 的受 力状 态 。充 分 了解半 刚性 基 层沥 青路 面 的 力学响 应对 于 更好 的进 行路 面结 构 和材 料设 计具 有 重要 意 义 。本文 针对 准南 市矿 区道路 的路 面 交通 状况 ,采 用数 值 分析 的方 法 ,对 半 刚性 基层 沥青 路面 的结 构 参数 进行 敏 感 性分 析 ,以 了解底 层 、底 基层模 量 改变 对路 面应 力 一应 变状 况 的 影 响 ,从 而 为路面 抗损 设计 提供 依据 。
由图1 可 以 看 出 ,随 着 路 基 模 量 的 增 大 ,基 层弯 拉 应 力逐 渐 降低 ,基 层 弯拉 应 力减 小 了4 7 . 1 %,且 降 幅逐 渐减 小 , 回归 公 式为y = 0 . 0 0 5 x 2 - 0 . 1 0 1 x +1 . 0 0 9 ,相关 系数R2 = 0 .9 8 8 ,变 化范 围 为0 . 9 3 9 ~0 . 4 9 6 4 MP a ;同时 ,随 着路 基 模量 的 增大 ,底基 层 弯 拉应 力也是 逐 渐 降低 ,底 基层 弯 拉应 力减 小 了5 5 . 6 %,且 降幅逐 渐减 小 ,回归公式 为y = 0 . 0 0 9 x 2 - 0 . 1 8 9 x +1 . 6 7 7 。相关 系数R2 = 0 . 9 9 0 ,变 化范 围为 1 . 5 4 3 6 MP a 0 . 6 8 5 4 MP a ; 因此 ,随 着路基 模量 的增 加 ,基 层与底 基 层弯拉 应 力均在 逐 渐减 小 ,且两 者变 化趋 势基本 一致 。

半刚性基层沥青路面结构力学分析

半刚性基层沥青路面结构力学分析

半刚性基层沥青路面结构力学分析王鑫【摘要】基于半刚性沥青路面经常出现的裂缝病害,研究不同结构组合下半刚性沥青路面的沥青层拉应变,对控制沥青路面常出现的裂缝病害提供一些理论建议.采用ANSYS有限元分析软件对双圆均布荷载荷载作用下的半刚性沥青路面结构进行三维仿真模拟,经过分析得到结论如下:基层厚度在20cm~30cm之间变化时,基层厚度每增加5cm,沥青层最大拉应变减小7.73%;基于经济型考虑,建议基层厚度取30cm.【期刊名称】《交通世界(建养机械)》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P125-126,77)【关键词】道路工程;半刚性沥青路面;有限元分析;结构设计【作者】王鑫【作者单位】河北省公路工程质量安全监督站,河北石家庄050051【正文语种】中文【中图分类】U416.217自改革开放以来,我国高速公路建设成就有目共睹。

半刚性沥青路面结构是我国高速公路主要路面结构,占据高速公路沥青路面的90%以上。

半刚性沥青路面结构相对于其他沥青路面结构来说,路面结构强度高、刚度强且造价低。

然而,半刚性沥青路面在使用过程中,经常出现裂缝等病害,对我国高速公路建设非常不利。

因此,本文从半刚性沥青路面常出现的裂缝病害进行研究,分析研究不同结构组合下半刚性沥青路面结构的力学响应,为我国半刚性沥青路面结构设计提供一些建议。

为了减少造价,半刚性基层通常分为两层设计,基层采用水泥稳定碎石,底基层采用水泥稳定砂砾等。

我国高速公路常采用的沥青路面结构为:16~24cm沥青层+20~40cm半刚性基层+15~35cm半刚性底基层+ 15cm垫层。

综合目前情况,本文研究的半刚性沥青路面结构及其参数如表1所示。

本文根据上述建模参数,利用ANSYS有限元软件对半刚性沥青路面结构建立三维有限元模型。

其中,Z轴方向为路面深度方向,Y轴方向为行车方向,X轴方向为路面横向,并对路基底部使用全约束的边界条件,其他四个截面分别约束其法向位移;施加的荷载为双圆均布荷载,具体如图1所示。

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半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析摘要:为研究半刚性基层沥青路面结构响应的敏感性变化规律,采用BESAR 3.0程序建立敏感性正交试验分析模型,揭示不同条件下路面结构响应的内在变化规律及敏感性水平。

结果表明:半刚性基层沥青路面的路表弯沉受土基模量影响较大,而面层厚度、底基层模量、基层厚度分别对面层、基层、底基层的底部弯拉应力影响显著。

关键词:道路工程;半刚性基层沥青路面;结构响应;敏感性分析0、前言国外沥青路面多采用柔性基层为主,半刚性基层沥青路面较少使用,法国、日本、南非等国家,半刚性基层作为次级承重结构主要用于轻交通道路的底基层,起改善和加强路基的作用[1],原因是车辆荷载作用下半刚性基层沥青路面结构易发生早期损害,影响道路的路用性能及使用寿命。

近年来,基于“强基薄面”的结构设计理念,半刚性基层沥青路面作为我国高等级公路的主要形式,路面结构设计以路表弯沉值作为主要控制指标,以沥青面层及半刚性基层、底基层底部弯拉应力作为验算指标[2]。

而国外主要考虑沥青路面的开裂及永久变形,路面结构设计多选用沥青底部拉应变、沥青面层永久变形及路基顶面竖向压应变作为设计指标,很少采用路表弯沉作为主要设计指标[3]。

伴随我国交通建设事业的迅速发展,道路交通量、车辆荷载持续增长,半刚性基层沥青路面损害日益严重,一旦路面结构发生损害,表明其承载力已不能适应道路交通的要求,必须进行大规模甚至“开膛破肚式”的维修[4]。

此外,半刚性材料对荷载疲劳具有敏感性[5],路面结构损坏时半刚性基层再生性差、维修量大,在各国的高速公路、重载交通中的使用受到限制。

据调查,国内高等级沥青路面设计年限15~20年,而许多道路实际服务年限5~8年,由于结构损害导致路面使用寿命降低,造成很大的经济损失和不良社会影响。

因此,有必要在半刚性基层路面结构设计及施工之前对影响路面结构响应的结构及材料参数进行敏感性分析,揭示各因素水平条件下路面结构响应的内在变化规律,为半刚性基层沥青路面的结构设置提供合理的参考。

2、半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析半刚性基层沥青路面结构敏感性正交试验分析模型,采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状体系进行计算,路面荷载及计算点如图1所示,标准双轮单轴荷载为100 kN。

图1 路面荷载及计算点示意图2.1 半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析正交试验设计考虑到半刚性基层沥青路面结构设计及材料参数(面层、基层、底基层、土基的厚度及弹性模量)对结构响应的影响,运用BISAR3.0程序对于上述各因素水平进行L18[37]正交试验设计,基于正交试验设计“均衡分散、整齐可比”的特性,通过对正交试验结果进行极差分析,探讨各因素的主次顺序,研究各结构、材料因素对路面结构响应的敏感性水平[6]。

半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析正交试验设计如表1所示,其结构响应计算结果如表2所示。

半刚性基层沥青路面结构响应正交试验设计表1半刚性基层沥青路面结构响应正交试验结果表2注:表中“—”表示压应力。

2.2 半刚性基层沥青路面路表弯沉敏感性分析路表弯沉表征路面结构的整体刚度,作为我国高等级路面结构设计的第一控制指标,是衡量路面整体质量的重要标准。

我国行业标准中,路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状体系理论进行计算路表轮隙中心处的弯沉值,采用点路表轮隙中心处(计算点A)的弯沉值进行极差分析,路面弯沉正交因素水平极差分析结果,如图2所示。

极差分析中,ki表示某一因素的水平值为i时的该考核指标的平均值;Ri为极差,表示某一因素的水平值i时的该考核指标平均值的最大值与最小值之差,极差越大,该因素对考核指标的影响越大。

图2 路面弯沉正交因素水平极差分析路面结构及材料因素对路表弯沉的影响程度各不相同,由路表弯沉正交因素水平极差分析可知:1)根据极差Ri分析,路面结构及材料参数对半刚性基层沥青路面路表弯沉影响的敏感性水平:土基模量>基层厚度>底基层厚度>底基层模量>面层厚度>面层模量>基层模量。

2)土基模量对半刚性基层沥青路面的路表弯沉影响最大,根据(k1,k2,k3)分析表明:路表弯沉随土基模量的增大(30Mpa ~70Mpa)近似线性减小。

实际施工过程中,有必要对土基进行加固,避免软弱土基的出现。

3)基层及底基层厚度对半刚性基层沥青路面的路表弯沉影响显著,根据(k1,k2,k3)分析表明:路表弯沉随半刚性基层厚度的增大(20cm~40cm)近似线性减小;底基层厚度在12cm~25cm范围内,路表弯沉随底基层厚度增加有很大程度的降低,而底基层厚度在25cm~35cm范围内其值随底基层厚度的增大几乎不变。

2.3沥青面层底部拉应力敏感性分析路面结构在交通荷载的作用下,当结构层沿水平方向的弯拉应力超过材料的极限抗拉强度时,会在车轮下方产生初始微小裂缝,随荷载反复作用,最终导致路面结构各种裂缝的产生,半刚性基层沥青路面开裂破坏直观表现为沥青面层的疲劳开裂,采用点B处弯拉应力进行极差分析,沥青面层底部拉应力正交因素水平极差分析结果,如图3所示。

图3 沥青面层底部拉应力正交因素水平极差分析路面结构及材料因素对沥青面层底部弯拉应力的影响程度各不相同,由沥青面层底部拉应力正交因素水平极差分析可知:1)根据极差Ri分析,路面结构及材料参数对沥青面层底部弯拉应力影响的敏感性水平:面层模量>面层厚度>基层模量>土基模量>底基层厚度>基层厚度>底基层模量。

2)面层厚度及模量对沥青面层底部弯拉应力影响显著,根据(k1,k2,k3)分析表明:沥青面层底部弯拉应力水平随面层厚度(12cm~16cm)及面层模量(1200Mpa~1600Mpa)的呈线性降低。

3)基层模量对沥青面层底部弯拉应力影响较大,根据(k1,k2,k3)分析表明:沥青面层底部弯拉应力水平随基层模量(1300Mpa~1700Mpa)的增加呈线性增长。

2.4半刚性基层底部拉应力敏感性分析半刚性基层作为路面的主要承重结构,具有强的高、整体性强、水稳定性好等优点,其结构设计对路面结构的使用功能及寿命至关重要[7]。

采用点A处弯拉应力进行极差分析,半刚性基层底部拉应力正交因素水平极差分析结果,如图4所示。

图4 半刚性基层底部拉应力正交因素水平极差分析路面结构及材料因素对半刚性基层底部弯拉应力的影响程度各不相同,由半刚性基层底部拉应力正交因素水平极差分析可知:1)根据极差Ri分析,路面结构及材料参数对半刚性基层底部弯拉应力影响的敏感性大小:底基层模量>底基层厚度>基层厚度>基层模量>土基模量>面层厚度>面层模量。

2)底基层模量及厚度对半刚性基层底部弯拉应力的影响显著,根据(k1,k2,k3)分析表明:半刚性基层底部弯拉应力水平随底基层模量(600Mpa ~1000Mpa)及厚度(15cm~35cm)的增大近似线性减小。

3)基层厚度对半刚性基层底部弯拉应力的影响较大,根据(k1,k2,k3)分析表明:半刚性基层底部弯拉应力随基层厚度的增大(20cm~40cm)呈似线性降低趋势。

2.5底基层底部拉应力敏感性分析底基层作为路面结构的次要承重层,主要起辅助承重及传递荷载的作用。

采用点A处弯拉应力进行极差分析,底基层底部拉应力正交因素水平极差分析结果,如图5所示。

图5 底基层底部拉应力正交因素水平极差分析路面结构及材料因素对底基层底部拉应力的影响各不相同,由底基层正交因素水平极差分析可知:1)根据极差Ri分析,路面结构及材料参数对底基层底部弯拉应力影响的敏感性水平:基层厚度>底基层厚度>土基模量>底基层模量>面层模量>面层厚度>基层模量。

2)基层厚度对底基层底部弯拉应力影响最大,根据(k1,k2,k3)分析表明:底基层底部弯拉应力水平随基层厚度的增加(20cm~40cm)近似线性降低。

3)底基层厚度对底基层底部弯拉应力影响显著,根据(k1,k2,k3)分析表明:底基层底部弯拉应力水平随厚度的增加(15cm~35cm)近似线性降低。

4)土基模量对底基层底部弯拉应力影响较大,根据(k1,k2,k3)分析表明:土基模量在30Mpa~50Mpa范围内,底基层底部弯拉应力随土基模量增加有较大程度的降低,而土基模量在50Mpa~70Mpa范围内其值随底基层厚度的增加降低趋势变缓。

3、主要结论1)我国半刚性基层沥青路面的结构设计以路面弯沉作为主要控制指标,通过对影响路表弯沉的结构及材料参数进行敏感性分析,土基模量对半刚性基层沥青路面的路表弯沉影响最大,一定范围内其值随土基模量的增大而近似线性减小,实际施工中要针对土基采取适当加固措施,避免软弱土基的出现。

2)半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析中,沥青面层底部弯拉应变水平随面层厚度及其弹性模量的增加近似线性降低,而随基层模量的增加呈线性增长趋势。

因此,在路面结构设计时要求沥青层及半刚性基层具有合理的厚度,沥青层不能太薄,半刚性基层的设置并不是越厚越好。

3)半刚性基层沥青路面结构响应敏感性分析中,基层底部弯拉应变水平随底基层模量、厚度及基层厚度的增大而减小;而底基层底部弯拉应变随基层及底基层的厚度增加而降低。

因此,在路面结构设计时,基层及底基层要有合理的厚度,太薄会造成基层及底基层结构开裂,伴随拉应力由开裂位置向沥青面层的传递,造成沥青路面相应位置应力集中,最终导致反射裂缝的形成。

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