基层模量对沥青路面结构的力学响应
沥青路面力学响应分析及其研究方法综述
沥青路面力学响应分析及其研究方法综述发布时间：2022-07-11T02:28:48.391Z 来源：《工程管理前沿》2022年5期3月作者：黄勇维[导读] 沥青路面具有比较复杂的力学特性，为了研究沥青路面的破坏机理以及路面应力应变变化规律，黄勇维重庆交通大学土木工程学院重庆 400074摘要：沥青路面具有比较复杂的力学特性，为了研究沥青路面的破坏机理以及路面应力应变变化规律，本文系统阐述了荷载、温度、路面结构类型以及层间接触状态对沥青路面结构力学的响应机理。
并且鉴于以往对路面进行力学研究不能够准确、真实、细致的反映其力学行为的问题，本文简述了对沥青路面细观力学行为的研究，使沥青路面力学的研究能够宏、细观相结合。
研究发现，细观力学分析能对内部材料变化进行量化处理，全面分析沥青路面力学响应，对改善路面性能有重要意义。
关键词：路面力学响应；荷载；温度；层间接触状态；细观力学研究0 引言我国沥青路面损坏影响因素主要有材料、荷载和温度。
因此，解决沥青路面这些问题，就要从因素出发，有必要对沥青路面力学响应因素进行分析研究。
沥青路面长期处于不同的自然环境中，并非单一不利因素影响沥青路面，在恶劣的气候条件和车辆荷载共同作用下，沥青路面材料内部逐步发生变化，路面出现宏观的损坏现象。
以往对路面进行力学研究，通常将沥青路面通过假设条件进行了不同程度的简化，与实际情况存在差别，不能够准确、真实、细致的反映其力学行为，因此，有必要对沥青路面细观力学行为进行研究，达到宏、细观相结合的目的，全面分析沥青路面力学响应，对改善路面性能有重要意义。
1沥青路面力学响应分析综述沥青路面是多层路面结构，具有比较复杂的力学特性。
国内外大量研究表明，对沥青路面力学响应有显著影响的因素主要有荷载、温度、路面结构类型和层间接触状态等。
研究不同因素影响下的路面力学响应，可以为更科学合理的路面设计方案提供必要的参考。
1.1荷载在沥青路面的力学性能分析时，通常把轮胎与路面的接触面作为路面受力分析的影响区域。
不同因素对倒装式沥青路面力学响应研究
Ｂｉｓａｒ 软件ꎬ研究级配碎石层、水泥稳定碎石层厚度、模量的变
化ꎬ对沥青面层层底拉应力、水稳基层层底拉应力力学响应ꎬ
并通过对试验数据正交试验ꎬ分析不同参数对该路面结构的
敏感性ꎬ旨在为以后对倒装式路面结构研究提供参考依据ꎮ
( ａ)
( ｂ)
( ｃ)
１ 沥青路面结构参数
结构ꎬ即倒装式路面结构ꎬ与传统路面结构不同的是ꎬ该路面
结构基层采用级配碎石ꎬ而水泥稳定碎石作为底基层ꎬ可见这
－
与传统半刚性路面结构差异很大 [１ ４] ꎮ 该路面结构在受到荷
载作用时水稳碎石基层顶部产生的弯拉应力在级配碎石层中
消散ꎬ而无法传递到沥青路面ꎬ这使得沥青路面基本没有裂缝
病害ꎬ这有效解决了传统半刚性基层沥青路面反射裂缝的难
不同因素对倒装式沥青路面力学响应研究
王治才
( 甘肃长达路业有限责任公司ꎬ甘肃 兰州 ７３００５０)
摘 要:利用 ＢＩＳＡＲ 软件ꎬ研究级配碎石层、水泥稳定碎石层
厚度、模量的变化ꎬ对沥青面层层底拉应力、水稳基层层底拉
应力力学响应ꎮ 结果表明:级配碎石层能够有效减小沥青层
底和水泥稳定碎石层底弯拉应力ꎬ适当增加水稳碎石基层模
石层上ꎬ因此级配碎石层是关键层位ꎬ而根据前述力学响应
分析结果ꎬ级配碎石层模量、厚度对倒装式沥青路面结构力
裂ꎬ这也表明了倒装结构中处于中间层的模量薄弱层厚度不
能过大ꎬ应对级配碎石厚度进行严格控制ꎬ从而使得沥青路
面结构整体上表现出较强的路用性能ꎮ
２) 碎石基层模量从 １ ３００ ＭＰａ 增加
至 １ ７００ ＭＰａꎬ沥青层底弯拉应力逐渐减小ꎬ且水稳碎石层厚
量能够降低沥青层底弯拉应力ꎻ级配碎石层、水稳碎石层材
不同温度下不同模量比沥青混凝土力学响应分析
２ ０ ０ ０
１ ０ ０ ０
从各指标分析 ， 上 中面层模 量 比的较佳 组合 为 ０ ． ８～１ ． ０之
间， 中面层不 可比上面层模量高很多 。
表 ２ 最 大位 移 、 最大应力、 最 大 应 变 的结 果
试验 项 目 横向位； ￣ ／ ｍ ｍ 横 向拉应 力／ Ｍ Ｐ ａ 横 向拉应变／ ｐ ． ｍ
方案二 Ｏ ． １ ８ ６ ５ ７ Ｏ ． ０ ｔ ０ ６ ０ ． ｏ ０ １ ｌ ３
Ｏ ． ６ ４ ５ １ ８ ０ ． Ｏ ０ ｏ ２ Ｏ ０ ． ０ ０ ０ ２ ３ ０ ． １ ４ ２ ２ ０
方案三 ０ ． １ ８ １ ５ ３ ０ ． ０ ５ ０ ２ ２ Ｏ ． ０ ０ ０ ９ ７
上 中面层模量比
１ ． ２
０ ．９
０ ． ８
０ ． ６
Ｏ ． ５
竖 向拉应变／ ｍ 竖向压 应力／ Ｍ Ｐ ａ
以半刚性基层沥青路面为基准 ， 利用有 限元分 析路 面结构 中
撼
嘣 ０ ． ２ ５
０． １ ５
在水平方 向最大横 向位移 、 横向应力 、 应变、 最 大竖 向位移 、 应力、
应变 、 最大剪应力 、 最大剪应变 的情况 。
表１ 常 温 下 各 层模 量 组合 表
面 层 上 面 层 方 案 一 ｌ ２ ０ ｏ 方 案 二 １ ２ ０ ｏ 方 案 三 １ ２ ｏ ０
横 向压应 力／ Ｍ Ｐ ａ 横向压应变／ ． Ｉ ｔ ｍ 竖 向位￣ ｊ ， ／ ｍｍ 竖 向拉 应力／ Ｍ Ｐ ａ
方案一 ０ ． ２ Ｏ ４ ７ ３ ０ ． １ ４ ３ ６ １ ０ ． ０ ０ １ ９ ４
Ｏ ． ７ １ ０ ５ ６ Ｏ ． ０ ｏ ０ ３ ０ ０ ． ０ （ ） ０ ２ ５ ０ ． １ ３ ５ １ ４
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。
略析倒装式沥青路面结构设计
略析倒装式沥青路面结构设计半刚性基层沥青路面由于具有整体强度高、造价低、板体性好等优点，在我国得到了广泛应用。
但在湿度和温度变化时它易产生收缩开裂，导致沥青面层产生反射裂缝，继而降低沥青路面使用寿命。
为了克服这些缺陷，研究人员在沥青路面半刚性基层之上添加了一层过渡层（级配碎石层），形成倒装结构沥青路面。
为了从理论层面深入研究倒装沥青路面结构，笔者建立倒装沥青路面结构力学响应三维有限元模型，分析总结该沥青路面结构在轮载作用下力学响应分布特点，为倒装沥青路面的设计与实践提供理论参考。
1.力学指标的选取《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）采用沥青层底拉应力、路表弯沉、面层剪应力作为新建公路沥青路面设计指标来控制路面的疲劳破坏，保证路面的整体刚度，防止路面表面层出现局部剪切破坏[1]。
文献[2]研究表明，表面层最大剪应力对于沥青路面表面层的车辙和位于轮迹带上的早期纵向开裂等剪切损坏起关键作用。
基于此，笔者决定采用路表弯沉、沥青面层和半刚性基层底拉应力、沥青面层和级配碎石層最大剪应力作为结构分析的力学指标。
2.路面结构参数与三维有限元计算模型的建立2.1 路面结构的选取路面结构不同，其结构层内的力学响应也有所区别。
参考现行规范及大量试验路段工程实例，最终确定本文采用的基准倒装沥青路面结构的材料主要参数如表1所示：2.2 三维有限元计算模型的建立《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状连续体系进行路面结构设计，而文献[3]研究表明，轮胎作用于路面的形状更接近于矩形，因此笔者采用荷载接触面为矩形且为均布荷载的有限元计算模型。
荷载采用黄河JN-100标准车型，轴重100kN，轮压为0.7MPa。
模型采用单元类型为SOLID45单元，取路面平面方向的尺寸取为6×4m（长×宽），深度方向各层具体厚度见表1。
其中z轴为横向坐标（路面横向），y 轴为竖向坐标（深度方向），x轴为纵向（行车方向）。
典型沥青路面结构力学响应对比分析
水稳碎石 水稳碎石
天然砂砾
２ ０ ２ ０
２ ０
ｌ ４ ０ ０ １ １ ｏ ｏ
１ ７ ９
０ ． ２ ０ ． ２
０ ． ３ ５
沥青 路面结构 ， 而对于柔性基层或一些 改进型 的复合结 构路 面来 讲， 采用 以前 的设计指 标就不甚合理 。即使 对半 刚性基层 路面结 构， 传统设计方法也忽 略了剪应力 的重要 影 响。随着 国家经济实 力 不断增强 ， 各地 高等级公路交 通量在逐 年增加 ， 重载、 高轮压 的 车辆在整个 交通量 中比重也越来 越大 ， 各条 高速公 路均大量 出现 超载现象。而新建沥青路面的破坏 时间也大大提前 ， 在行车荷载和 环境 因素共同作用下 ， 路面结构会 出现 多种多样 的破坏 类型 ， 反 映
典 型 沥 青 路 面 结 构 力 学 响 应 对 比 分 析
张 立 李婉华
（ １ ． 重庆 中设工程设计股份有 限公司 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ２ ３； ２ ． 重庆市设计院 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ０Fra bibliotek０ ） 摘
要： 以多层弹性 层状体 系理论为基础 ， 对高等级公路沥青路面 的典 型结构进 行 了分析 ， 研究 了沥青路 面典型 结构 的应 力应 变
Ｙ坐标 Ｏ ． １ ０ ６ ５ Ｏ ． ３ ｌ ９ ５
— Ｏ ． １ Ｏ ６ ５
各结构层层间处
根据应变响应分析各 种典型破 坏类型 ， 根据不 同路 面结构 提出准 ２ 力学 响应 分析
２ ． １ 力 学响应 指标
采用 力学 一经验法进行路面结构设 计 ， 需要首先 确定材 料参
０ 。 １ ０ ６ ５ ｍ， 双 圆中心距 １ ５ ． ９ ８ ｃ ｍ。在 计算 中假 定 向为道 路行
层间摩擦系数对路面结构受力影响分析
从 整体 上来看 ，路 面结构 层层 底最 大拉应 力 出
现 在上 面 层层 底 ，且 沥 青层 各 层 底拉 应 力 均较 大 。
这 主要 是 因为路 面沥青层 较厚 且模 量依次 降低 ，而 各沥 青层 所 承受 的 压应 力沿 道 路 深度 呈 降 低趋 势 ． 这是各 层底 面所产 生 的弯拉 变形不 同造成 的。从 局
一
一
大 弯沉 值 近 似呈 线 性 减 小趋 势 ，摩 擦 系数 从 ０１ ．增 加到Ｏ９ ，路表最 大 弯沉值 减 小 了００ ９ ｍ，这说 ．时 ． ｍ ０ 明随着基层 与 面层之 间连续 状况 的加 强 ．沥青路 面 的整体 强度 在增 大 ；
ｂ 随着基 面层之 间界 面摩擦 系数 的增 大 ，各结 ）
０２ ． ０ ３ ． ０４ ． ０５ ．
０６ ． ０ ７ ０８ ０９ ． ． ．
１
－
基 面 层 之 间 界 面摩 擦 系数
～
图４ 横 向最 大 剪 应 力 随 摩 擦 系 数 的 变 化
制
～
９ ． ３０
９４． ０
的力学计 算 图示见 图 １ 。
： ：
基 向层 之 间 界 向 摩 操 系数
图 ３ 层 底 最 大 拉 应 力 随摩 擦 系数 的变 化
由 图２ 图３ 以看 出 ： 和 可
ａ 当基面 层之 间界 面摩 擦 系数增 大 时 ，路表 最 ）
‘
ｈ １
ｈ
ＩＩ
Ｉ‘ｌＬ
／
Ｅ
．
，
＾
Ｅ １ ，
，
ｌ
构层 层底 最大拉 应力 都呈 减小 的趋势 ，其 中下 面层
沥青路面基层与面层间结合状态对路面应力响应的影响分析
２ 力 学分 析 模 型 概 述
从 实际来讲 ， 路面结构 中基层 与面层 间相互作用力的表 现极为复杂 。一方 面工程施工 中通 过洒布 透层及 粘层 材料
为上下层之间提供具 有一定粘 结力 的抗滑移层 ， 另一方面则
依 靠基层 上表 面及面 层下表 面 的粗 糙构造 在荷 载正压力 作 用 下提 供一定 的层 间滑阻力 。二者之 间共 同作用 以抵抗 车 辆 荷载水平摩 阻力及 刹车制 动力等 作用产 生 的水平剪切 作
中采用 ＢＳ Ｒ ． 力学计算程 序 ， ＩＡ ３０ 荷载方式采 用双 圆均 布荷 载， 标准轴载 １０ｋ 当量 圆半径 为 １．５ｃ ， 隙间距 为 ０ Ｎ， ０６ ｍ 轮 １５ 数，＝０ ５荷载作 ．
用 如 图 １所 示 。
沥青路面基层与面层连接问题长期 困扰道路工作 者 ， 应 用有效手段解决 这一 问题 是 当前道路科 研 的重要 工作 。路 面结构 出现破坏的根本原 因在 于其 内部 应力状 态 的突变累
算对象 ， 力求对不 同接 触 状态 下层 间应力 突 变现 象进行 分
析。
于完全滑动。因此 ， 采用古德曼模 型作 为分析层 间部分接触
状态下路面结构力学响应的计算模型是可行的。 ３ 路面模拟计算结构及计算点位的选择 通过应用弹性层状体系理论对不同基面层接触状态下 路面结构层内部力学状态进行计算分析， 以确定沥青路面
力 的大幅突变 ， 且极有 可能引起层间 的累积滑移 。
关 键 词 ： 合 状 态 ； 力 突 变 ； 积 滑 移 结 应 累 中 图分 类 号 ： ４ ６２ ７ Ｕ １ ． １
１ 引 言
文 献 标 识 码 ： Ｃ
文 章 编 号 ：０ ８— ３ ３ ２ １ ）８— ０ ４— ３ １０ ３ ８ （０ １ Ｏ ０ ５ ０
基于模量梯度变化的沥青路面结构力学分析
本 文介绍 了三种 确定 泥石流临界雨量 的方法 。一
［ ］姚令侃． 糊相似选择在 确定 泥石 流沟危险雨情 区上 的应用 ［ ］ 水 土 ２ 模 Ｊ．
保持通报 ，１８ ， （ ） ２ — ０ ９６ ６ ６ ： １ ３ ．
般， 频率法所得结果精度较高， 但对泥石流发生频率
低的沟谷不宜应用。地面条件相似分析法在待求 流域 邻近区域有较多沟谷可供选择 ，作为 比较样本 时效果 较好 。而按形成机理 的类 型确定 临界雨量 的方 法 ，仅 在待求 流域成 因明显 可判时才能应 用。
对 路 面 力 学 特 性 的影 响 ，本 文 采 用 有 限 元 法 对 不 同 梯
度模 量的沥青路面结构进 行力学分析 ，其结果对路 面 设计和路面破损机理分析都具有重要意义。
２ 沥 青 路 面 力 学 分 析
沥青路面 由于受温度和老化的影响 ，路面结构 的 模 量实际呈梯 度变化 。本 文在考 虑这种变 化时 ，将 ５ ｃ ｍ的面层 分为 ５层 ，以每个 分层 的 中间 厚度 处 的 Ｅ
和 应 力 强度 因子 也 越 大 ，且 ＫⅡ 大 于 Ｉ 远 。
关键词 沥青路 面
１ 弓 言 ｌ
模量
梯度
老化
表 １ 路 面结 构 及 其参 数 表
沥青混合 料是一种对环境非常敏感 的材料 ，其 力 学性 能随气 温等环境 因素的变化而变化 。由于面层 材 料 老化的影 响 ，使其模量发生 变化 ，进 而影响路 面结 构的受力变形性能 。李峰等 采用有限元法分 析 了 由于路 面温度 差异引起面层模 量变 化的沥青路面结 构 的剪应 力 。Ｓａｄｓｎ 等 分 析 了不 同 老化 程度 的 沥 ｖｓｉ ｔ ａ 青路面结构的应变特性 。由于路面沥青层受老化 或温 度的影 响程度不同 ，老化后 路面结 构面层模量是沿 深 度呈梯 度 变化 的…。传 统 的 沥青 路 面结 构 力学 分 析 时 ，大 都假设 面层为 均匀模 量 ，分 析结果与实 际受 力 存在一 定的差异 。为了弄清面层 结构模量非均 匀性
路基回弹模量对沥青路面结构受力的影响
路基回弹模量对沥青路面结构受力的影响苏红敏【摘要】针对不同的路基回弹模量,采用BISAR3.0路面应力计算程序,分析了路表弯沉、面层内剪应力与压应力、基层底拉应力等沥青路面结构受力参数伴随路基回弹模量变化的趋势.分析结果表明:路基回弹模量对路表弯沉和基层底拉应力影响比较大,对面层剪应力和压应力影响较小,较高的路基回弹模量可有效提高路面的结构承载力和疲劳寿命,改善路面使用性能.【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P4-6)【关键词】路基回弹模量;路面性能;应力分析【作者】苏红敏【作者单位】新疆交通规划勘察设计研究院,新疆乌鲁木齐830006【正文语种】中文【中图分类】U416.1路基是路面结构物的基础，大量实践表明，常常出现的路面损坏现象，大部分是由于路基强度不足、稳定性变差造成的。
由此可见，设计和构筑一个坚实、均匀、稳定的路基，提高路基抗变形能力，对保证公路路面结构具有良好使用品质与经济效益具有重要意义。
早在20世纪60年代，我国的道路设计者就提出了“强基薄面稳土基”的路面结构设计理论，确定以回弹模量作为评价路基强度和稳定性的力学指标[1]。
路基回弹模量是我国沥青路面结构组合设计和结构层厚度设计中的一个重要参数，模量大小是否适宜不仅影响工程造价，而且关系道路的使用品质[2]。
笔者采用壳牌公司基于层状弹性体系理论开发的路面应力分析软件BISAR3.0(bitumen stress analysis in road)，分析了路基回弹模量对路表弯沉、面层内剪应力及压应力、基层拉应力等路面结构受力参数的影响，找出了这些参数随路基回弹模量变化规律，为沥青路面设计提供一些理论基础。
1 路面结构方案的选定半刚性基层具有良好的强度、刚度和稳定性，可作为路面结构的主要承载体，并且具有工程投资少、设计方法和施工工艺成熟等特点，是我国典型的路面结构。
结合近些年新建高速公路、一级公路半刚性基层沥青路面结构方案，本文采用的半刚性基层沥青路面结构方案各结构层组合及材料参数如表1所示[3]。
碾压混凝土基层沥青路面结构分析
碾压混凝土基层沥青路面结构分析作者：吴林松来源：《科技创新导报》 2015年第21期吴林松(安徽省高速公路控股集团有限公司安徽合肥 230088)摘要：采用有限元方法，对比分析碾压混凝土基层与半刚性基层沥青路面弯拉和剪切力学响应。
结果表明，碾压混凝土基层初期模量值比水泥稳定碎石基层大得多，15年衰减后其模量值仍达到2000MPa，沥青层底一直处于受压状态。
与水泥稳定基层相比，沥青面层与碾压混凝土基层之间的剪应力增大了30.1%左右。
因此，实际工程中应着重提供沥青面层与碾压混凝土基层之间的防水粘结层性能。
关键词：路面工程沥青路面碾压混凝土结构分析中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)07(c)-0057-03①作者简介：吴彬松(1981—),男，安徽合肥市庐江县人，本科，工程师、注册安全工程师，从事高速公路建设管理工作。
碾压混凝土（Roller Compacted Concrete 简称 RCC）是一种单位用水量较少、坍落度为零的超干硬性混凝土[1]。
使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、砂、外加剂和分级控制的粗骨料拌制成无坍落度的干硬性混凝土，采用与水泥稳定碎石基层施工相同的运输及铺筑设备，用振动分层压实，适用于大体积混凝土工程[2]。
碾压混凝土基层的优点是：工期短、经济、高弯拉强度、高弹性模量、耐久性路面、优良的抗水损害性能、优良的抗温度疲劳性能、降低了建设期的调价分析[3]。
这些优点使得碾压混凝土基层特别适用于高速、重载下的高等级公路路面结构。
该文采用有限元方法，对比分析碾压混凝土基层与半刚性基层沥青路面弯拉和剪切力学响应。
1 计算方法车辆荷载通过轴载作用在路面上，由于轴的对称性，路面结构在车辆荷载作用下的力学响应分析仅需考虑半边轮载的作用。
表征车辆轮载作用下路面结构力学响应特性的最简单方法是将路面结构简化为多层体系。
弹性多层体系在圆形均布荷载作用下的计算图示如图1。
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
水平荷载作用下沥青路面力学响应数值分析
总第 ｌ１ ５ 期
Ｈ ｉ ｈ ｙ ＆ Ａｕ ｏ ｔ ｅＡｐ ｉａ ｉｎ ｇ ｗａ ｓ ｔ ｍｏ ｉ ｐｌｃ ｔｏ ｓ ｖ
１３ ３
水 平荷 载 作 用 下 沥 青 路面 力学 响 应 数值 分 析 ＊
王前 东
（ 南省 收 费还 贷 高 速公 路 管 理 中心 ，河 南 郑 州 河 ４０ １） ５ ０ ６
中 图 分 类 号 ： １． １ Ｕ４ ６ ２ ７ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １ ２ ６ （０ ２ ０ －０ ３ －０ １ ７ — ６ ８ ２ １ ）４ １ ３ ４
与水 泥砼 路面 相 比 ， 沥青 路面 以表面 平整 、 无接
面层 、 面 层 、 刚性 基 层 、 下 半 底基 层 和 土基 。各 结构 层厚 度及 材料参 数如 表 １所示 。
公 路 与 汽 运
第 ４期
２１ ０ ２年 ７月
大 ， 明土基 模量 的变化 对 水 平荷 载 产生 的应 力 影 说
响范 围有 限 。究 其 原 因 ， 主要 是水 平 荷 载 的影 响 范
围主要 集 中于 路面结构 层 的上 部 ， 一定 深度 以后 ， 其
量
影 响 很， 。 Ｊ 、
皇
翻 密
层 间 的结 合条 件有 助于预 防 因水 平力 过 大而产 生结 构层 滑移 等病 害 。 ２ ３ 半 刚性 基层厚 度 的影响 ．
０ ５ １ １ ２ ２ ３ ３ ４ ０ ５ ０ ５ ０ ５ ０ ４ ５ ５ ５ ０ ５
蟠
取水 平荷 载系 数 “为 ０ ３ 计 算 相 同荷 载 条 件 ．， 下普 通 ＡＣ路 面在 半刚性 基 层 厚度 分 别 为 ２ Ｏ和 ３ Ｏ ｃ 时 的力学 响应 ， ｍ 沿深度 方 向的应力 数据 如表 ３所 示 ， 同基 层厚 度 下沿 深 度方 向 的最 大 剪应 力 曲线 不
沥青稳定基层模量对路面结构受力的影响
点 ，但 并 不 意 味着 不 发 生 破 坏 。从 国 外进 行 的 大 量 研 究与使用经验看来 ，柔性基层路面的破坏 一般始于面 层 。面层 出现 的车 辙或 开 裂破 坏从 上到 下延 伸 和发 展 ，这 种 破 坏 属 于 功 能性 破 坏 。面 层 破 坏 形 式 有 车
（ ｏｌ ｅｏ ｎｉｅｒ ｇ ｉ Ｆ ｒｅＥ ｇｎｅｉｇＵ ｉｅｓｙ ｉｎ７ ３ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｇｎｅｉ ，Ａｒ ｏｃ ｎｉｅｒ ｎｖｒ ｔ，Ｘ＇ ０ ８ ｈｎ ） ｅ Ｅ ｎ ｎ ｉ ａ １ ０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉ ＡＳ ＥＥ ｔｅ ｒ ｔ ａ ｈ ｏｙ ｏ ｈ ａｉ ｆｆ ｒ ｅ ｎ ｌｓｓｏ ｎｅｎ ｌａ ｄ ｅ ｔｒ ａ ｒｅ ｓｒ ｃ ： ｔ Ｃ Ｂ ｈ ｏｅｉ ｌｔｅ ｒ ， ｎ ｔｅ ｂ ｓｓ ｏ ｕ ｔ ｒａ ａｙ ｉ ｆｉｔｒ ａ ｎ ｘｅｎ ｌｇｅ ｎ ｈ ｃ ｈ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ｅ ａｕ ｔ ｎ ｍｏ ｅｓ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ ｈ ｈ ｒｃｅ ｉ ｉ ｆｃ ｎ ｅ ｌ ｎ ｎ ｅｅ ｓ ｆｍｉ ｔｒ ｎ ｉ ｏ ｓｒ ｃｉ ｖ ｌａｉ ｄ ｌ ， ｏ ｉｅ ｔ ｔｅｃ ａａ ｔｒ ｔｃｏ ｏ ｃ ａｍｅ ｔａ ｄ ｄ ｆｎ ｅｏ ｌ ａｙ ｅ ｇ— ｏ ｏ ｈ ｓ ｉ ｎ ｅｉｇ， ｔｉ ａ ｅ ｓａ ｌ ｈ ｓｓ ｉｎｉ ｃｒｔ ｎ ｌ ｖ ｌａｉｎｍｏ ｅ ｏ ｒｅ ｌ ａ ｏ ｓｒ ｃｉｎ ｔ ｅ ｌ ｅｓｉ ｅ ｒｎ ｈ ｓｐ ｐ ｒｅ ｔｂｉ ｅ ｃｅ ｔ ｉ ａｉ ａ ａｕ ｔ ｄ ｌ ｒｇｅ ｎ ｍｉｔｒ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｏｒａｉ ｃ— ｓ ｆ ｏ ｅ ｏ ｆ ｉｙ ｏ ｚ
基层模量对沥青混合料路面性能影响的力学分析
基层模量对沥青混合料路面性能影响的力学分析摘要:通过对典型路面结构三维有限元计算, 得出了在车辆荷载作用下不同基层模量沥青路面内应力场的分布状态, 进一步揭示了基层模量对路面车辙、剪应力及疲劳寿命的影响规律。
基层模量过大会加大面层车辙的深度, 使面层底部拉应力加大, 从而降低路面的疲劳寿命, 但是基层模量过小又不能形成足够的强度。
综合分析认为, 半刚性基层模量在1200～1600 MPa范围内是比较合理的。
关键词:基层模量；沥青混合料；路面性能；力学分析1 前言随着我国经济的快速发展以及交通量的不断增加, 对道路的要求也越来越高。
传统的沥青碎石、沥青贯入式路面已不能满足日益增长的交通需求。
而半刚性基层沥青混凝土路面由于具有良好的力学性能和行车舒适性而被广泛应用到高等级公路中。
据统计, 我国已建成的高速公路中, 90%以上使用的是半刚性基层沥青混凝土路面。
半刚性基层沥青混凝土路面虽然具有不可替代的优点, 但是十几年的使用经验证明, 这种路面经常发生拥包、推挤、车辙、开裂等病害, 说明依据弹性层状体系理论计算的弯沉值、沥青面层疲劳寿命结果与工程实践中得出的数据严重不符, 因此有必要对车辆荷载作用下沥青路面内应力场的影响因素进行分析，对设计方法中存在的不足之处加以完善, 这对于提高道路的使用质量具有重要的现实意义。
以往针对此方面的研究大都局限在面层, 而对基层的研究很少。
在半刚性基层沥青路面结构当中，基层是路面荷载的主要承重层，基层的强度和模量的大小直接关系到路面结构的承载能力的大小及路面的使用寿命。
本文利用有限元理论研究了基层模量对面层力学性能的影响规律, 可以为道路的设计提供一些理论依据。
通过对典型路面结构三维有限元计算, 得出了在车辆荷载作用下不同基层模量沥青路面内应力场的分布状态, 进一步揭示了基层模量对路面车辙、剪应力及疲劳寿命的影响规律。
基层模量过大会加大面层车辙的深度, 使面层底部拉应力加大, 从而降低路面的疲劳寿命, 但是基层模量过小又不能形成足够的强度。
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
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 。
土基模量对沥青路面性能影响分析
收稿日期:2008—12—24作者简介杜善启(—),男,山东嘉祥人,工程师,研究方向为土木工程造价及施工。
土基模量对沥青路面性能影响分析杜善启1,高 辉1,崔世萍2(1.中建八局青岛分公司,山东青岛 266071;2.山东省交通科学研究所,山东济南 250031)摘要:从沥青路面结构层施工质量控制、半刚性基层反射裂缝扩展、路面疲劳寿命三个方面分析了土基模量对半刚性基层沥青路面性能的影响规律,提出了沥青路面土基模量的合理设计和施工控制措施。
关键词:土基模量;施工质量;反射裂缝;疲劳寿命中图分类号:U416.217文献标识码:AI nfluence of subgrader esili en t m odulus on a spha lt pave m en t per form anceDU Sha n -qi 1,G AO Hu i 1,C U I Shi -ping2(1.China Constructi on E i ghth Engine ering Divisi on Q i ngdao Company,Shandong Qingdao 266071C hina;2.Shandong Comm unication Science Resea rch Institute ,S handong J inan 250031China )Ab stra ct:The la w of subgrade resilient modulus i m pacting on the asphalt pave men t perfo r mance is analyz ed fro m three as pects,which includce structure layer construction con trol,deflection cracking s p read and p ave men t fatigue life,which p rovide g ood reference to the reasonable design and c ontrol of subgrade resilien t modulus .Key words:s ubgrade resilient modul us;c onstructi on qualit y;deflecti on cracking;fatigue life引言公路路基是路面的基础,它不仅承受自身岩土和路面层的重量,而且承受路面传递下来的行车荷载。
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社 ，９ １ １９ ．
（） ２ 所有混凝土原材料的性能都应 以满足混凝
土 的性 能 为 目的 ， 则 ， 否 即使都 是合 格 材料也 会 产生
不合 格 的混 凝土 。 （ ） 当前市 场 上水 泥 与 外 加剂 的适 应性 问题 ３在
层模 量 带来较 大 的 压 应力 ， 这使 得 面层 内形 成 车 辙
的可能 性增 大 。
表 ２ 不 同基 层 模量 下 的 面 层 层 底 应 力 值
基层 量 模
０４ ． ／Ｐ ＧＡ ０６ ． ０８ ． ｌ １２ ． １４ ． １６ ． １８ ． ２
０ ７ ａ 轮压半 径 ｒ为 １ ． ５ ｃ 双 圆 中心 距 Ｒ为 ． ＭＰ ， ０ ６ ｍ，
与外 加 剂 的适应 性 问题 。
适 时 调整生 产工 艺 ， 外 加 剂 与水 泥合 理 组 配 满 足 使
现场施 工要 求 。 参 考文 献
［］ １ 冯乃谦． 高性能混凝 土［ ． Ｍ］ 机械工业出版社 ， ０ ． ２ ４ ０
较普 遍 的情 况下 ， 议 水 泥 厂 除 提供 水 泥 物 理 性 能 建 报告 外 ， 还应 提供 水 泥化 学分 析报 告 ， 以便施 工单 位
［］ ３ 郭延辉． 混凝土外加剂及其应用技术 ［ ． Ｍ］机械工业 出版社，０ ４ ２０ ．
Ｄｉｃ ｓｉｎ ｏ ａ ｔｂｌｔ ｅｗｅ ｎ Ｃｅ ｎ ｎ ｍｉｔ ｒ ｓ ｕ ｓｏ ｎ Ａｄ ｐ ａ ｉ ｙ ｂ ｔ ｅ ｍｅ ｔａ ｄ Ａｄ ｘｕ ｅ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ａ ｔｂｉ ｔ ｅ ｗｅ ｎ ｃ ｍｅ ｔ ａ ｄ ＦＤＮ ｓ ｄ ｓ ｕｓｅ ｒ ｍ ｈｅ ａ ｐ ｃｓ ｏ ｅ ｎ ｏ ｏ ｅ ｔ ｓ ｒｃ ｅ Ａｄ ｐ ａ ｌ ｙ ｂ ｔ ｅ ｅ ｎ ｎ ｉ ｉ ｉｃ ｓ ｄ ｆｏ ｔ ｓ ｅ ｔ ｆ ｃ ｍｅ ｔ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ， ｐｒ ｄ ｃ ｉｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ｐｅ ｉ ｃ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｔ ｏ ｖ ｔｉ ｏ ｌ ｍ ｒ ｒ － ｏ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｏ ｏ ｃ ｅｅ ａ ｄ ｓ ｃｆ ａ ｕ ｅ ｏ ｓ ｌｅ ｈ ｓ ｐｒｂ ｅ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｙ ｉ ｐ ｓ ｄ． ｏｅ
摘
要 ： 沥青路 面结构参数 均不变的情况 下， 于 ＢＳ Ｒ ． 件 ， 在 基 ＩＡ ３ ０软 通过 调整路 面基层 的模 量来研 究整个路
面结构 内部 应力、 变和 弯沉的分布规律 ， 应 分析 了沥青路 面基层模 量的变化对沥青路 面结构层 的影响 ， 对合理选择
路 面结构参数 ， 作好路 面结构组合设计工作具有重要意 义。 关键词 ： 沥青路 面 ； 基层模量 ； 力学响应
中图分类号 ：４６ Ｕ １ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ３—６５ （ ０ １ １ ０ １ ０ １７ ０ ２ ２ １ ） ２— ０ ３— ３
我 国当前 的沥青 路 面结 构设计 方 法是 建立 在弹 性层 状 体 系理论 基 础 上 ， 据 车 辆 荷 载反 复作 用 而 依 发 生结 构层 材料 疲 劳破坏 决定 使用 年 限 的耐久 性设 计 方法 ， 主要包 括 路 面结 构 组 合 设 计 与 路 面结 构 层 厚 度计 算 。本文 主要 是在 厚度 和其 它参 数 不变 的情 况下 ， 改变 基层 模量 来 研 究 整 个 路 面 结 构 的受 力 状 态 ， 构层模 量 是 沥青 路 面 结 构 设 计 中的 重要 参 数 结 之一 ， 以往 针对 此方 面 的研究 大都 局 限在 面层 ， 而对 基层 的研究 较少 ， 层 模 量 的选 取 对 于 沥 青路 面 的 基
现 以半 刚性 基 层 沥 青路 面 结 构 为例 ， 用 壳 牌 应
设计 软件 ＢＳ Ｒ ． 析半 刚 性材 料 基层 模 量 参 数 ＩＡ ３ ０分 的变 化对 路面结 构 内部应 力应 变 的影 响并 总结其 变 化规 律 （ 面结 构如 表 １ 示 ） 路 所 。
表 １ 半 刚 性 沥 青 路 面 结 构 及 材 料 参数
使用性能有很大 的影响 ， 是造成沥青路面损坏 的内 在因素 ， 因而有必要要对路面结构基层模 量变化 时
的结 构 内部 力学 响应 变化 趋 势进行 分 析 。 １ 沥 青路 面结 构方 案及 计算 模式
１ １ 路 面结构 方案 ．
１２ 计 算说 明 ．
计 算 荷 载 采 用 标 准 双 轮 轴 载 １０ ｋ 胎 压 ０ Ｎ，
第１ ２期
北 方 交 通
・１ ３・
基层 模 量 对 沥青 路 面 结 构 的 力 学 响 应
张 中华 武书华 解 江浩 晏双龙 施春 宁 ， ， ， ，
（． １ 长安大学工程机械学 院 ， 西安 ７ ０ ６ ；． １０ ４ ２ 长安大学公 路学院 ， 西安 ７ ０６ ） １０ ４ ７ ０６ １０４； ３ 长安 大学信息工程学院 ， ． 西安
Ｋ ｙ ｗｏ ｄ Ｃ ｍｅ ｔ ｅ ｒｓ ｅ ｎ ；Ａｄ ｘ ｕ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｍｉｔ ｒ ；Ｐ ｏ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｏ ｙ
・
１ ４・
北 方 交 通
２ １ ０１
１．７ ｃ ５ ９ ５ ｍ。采 用壳 牌 设 计 软 件 Ｂ Ｓ Ｒ ３ ０， 间假 ＩＡ ． 层 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向为道 路 深 度 方 向 ， 在双