时温等效原理在车辙预估中的应用

昶（ １ ９ ７ ４ 一） ， 男， 安徽青 阳人
山 东 交通 学 院学 报
２ ０ １ ３年 ３月
第２ １卷
加 ３ ５
蓦 ｓ ｏ
２５ ２ ０ ０ ： ０ ０ ４ ： Ｏ ０ ８ ： Ｏ ０ １ ２ ： ０ ０ １ ６： ０ｏ ２０ ： ０ ｏ ２ ４ ： Ｏ Ｏ
不等 。该 地 区交 通量 的 当量轴 次 为 １ ２ ９ ８ ９次／ ｄ ， ２ ４ ｈ交 通量 变化 曲线 如 表 １所 示 ， 现 在该 工 程需 要 进行 ５ ａ车辙深 度 的预估 ， 用 以对 路 面各 层材 料 的抗车 辙性 指标 提 供依 据 。
１ ． ２ 研 究 思路
时刻
图１ 南方 城 市 ７月 ２ ４ ｈ代 表性 气 温
月份
图 ２ 南 方 城 市 月 平 均 气 温
表 １ 每小 时 内车辆 通过 率
时间段
０： ０ ｏ 一 １： Ｏ ０ １： Ｏ ０ —－ ２： ０ ０ ２： ０ ０— ３： ０ ０ ３： Ｏ ０—１ ４： Ｏ ０ ４： Ｏ ０—＿ ５： Ｏ ０
部不同点位 的温度数据 ， 作为时温等效转化的依据。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ —１ ０ —１ ８
作者简 介： 徐 忠乾 （ １ ９ ８ ７ 一 ）， 男， 江苏沛县人 ， 东南大学硕士研 究生 ， 主要 研 究方向 为道路 工程． 李
东 南 大 学 副教 授 ， 主要 研 究 方 向 为路 面 工程 ．
时温 等效 原 理 在 车辙 预 估 中 的应 用
徐 忠乾 ， 李 昶
２ １ ０ ０ ９ ６ ） （ 东南大学 交通 学院， 江苏 南京
摘要 ： 针对某高速公路工程 ， 预估沥青路 面 ５ ａ车辙深度 。建立有 限元模 型模 拟沥青路面温度场 ， 按 方形 均布的
垂直荷载 ， 分析计算荷载作用 时间 ， 借助时温等效原 理将较低 温度下 的作用 时 间转 化成 高温下 的作用 时间 ， 建
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沥 青 路面 车辙 是 目前 高 速公 路 的主要 病 害之一 ， 车 辙 主要是 在 外 因 （ 气候 、 交通 ） 及 内 因（ 材 料性 能 、 路 面结 构 ） 共 同影 响 下 ， 轮 迹 带 处 的 路 面 沥 青 材 料 产 生 的 侧 向剪 切 和 蠕 变 变 形 累计 而 形 成 的永 久 变 形 ¨Ｉ ２ Ｊ 。车辙 深度 的预 估对 路 面材 料 的性 能 控制 具有 指 导意义 。 目前 ， 有 限法 广泛 应 用 于沥 青 路 面车 辙 计算中， 通 过对 沥青 路 面瞬 态温 度场 的模 拟 ， 利 用 连续 变 温沥青 路 面车辙 有 限元法 计算 车辙 深 度 。
间， 由传统的连续变温沥青路面车辙计算转变为恒温作用下 的沥青路面车辙计算 ， 提高车辙预估计算速
度， 得 到 预估 车辙 深度 ， 并 由现 场观察 资料验 证 预估方 法 的准 确性 。
１ 工 程 背 景 及 研 究 思 路
１ ． １ 工 程介 绍
南方 城 市某 新建 高速 公 路 工 程 的结 构 形 式 为半 刚性 基 层 沥青 路 面 ， 上面层为 Ｓ ＭＡ一１ ３， 中面 层 为 Ｓ Ｕ Ｐ一 ２ ０ ， 下 面层 为 Ｓ Ｕ Ｐ一２ ５ ， 厚 度分别 为 ４， ６ ， ８ ｃ ｍ， 水 泥稳定 碎 石基层 厚 ４ ０ ｃ ｍ， 石灰 土底 基层 厚 ２ ０ ｃ ｍ。
第２ ｌ卷 第 １期 ２ ０ １ ３年 ３月
山东交通 学院学报 Ｊ ＯＵ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ Ｈ Ａ ＮＤ Ｏ Ｎ Ｇ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｔ Ｏ ＮＧ Ｕ Ｎ Ｉ ＶＥ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖ０ １ ． ２ １ Ｎｏ ． １ Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ０ ０ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． Ｏ １ ． ０ １ ４
１ ） 完善 针 对 沥 青 混 合 料 的 时 温 等 效 方 程 ， 确 定 Ｗｉ ｌ ｌ ｉ ａ ｍｓ — Ｌ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｌ － Ｆ ｅ ｒ ｒ ｙ （ ＷＬ Ｆ） 方 程 中 的 系 数 ｃ
和Ｃ ２ 。
２ ） 针对 工程 实 际结 构 ， 建 立 有 限元 模 型 ， 分 析 路 面结 构 温 度 场 ， 得 到不 同季 节一 天 ２ ４个 时 刻结 构 内
立恒温作用下 的沥青 路面车辙计算方法 ， 得到沥青路面典型结构 ５ ａ车辙深度。通过与实际工程 ５ ａ车辙深 度 的对 比 ， 基于时温等效 的车辙预估计算结 果与实际相符 。恒 温作 用下 的沥青路 面车辙 计算方 法提 高了车辙 预
估 的计算效 率 ， 并通过低温 季节 与高温季节转化时 间的对 比 ， 得到车辙 主要 发生的月份 ， 为道路维 护提供依 据。 关 键 词： 温度场 ； 时温等效原理 ； 恒温作用 ； 车辙预估 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ － ０ ０ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ｌ － ０ ０ ６ ５ － － ０ ６ 中图分 类号 ： Ｕ ４ ４ ５ ． ７＋ ２
该地 区最热的 ２ 个月为 ７ ， ８ 月， 最低气温为 ２ ７℃ ， 最高气温度为 ３ ５℃ ， 高温季节代表性气温以及月平均 气 温如 图 １ ， ２所示 。经现 场 调查 和测 试 发现 ， 该 地 区半 刚性 基 层 沥青 路 面 ５ ａ车辙量 深 度 为 １ ０～ ２ ０ ｍ ｍ
时温等效原理是指升高温度和延长作用时间对高聚物 的粘弹行为是等效的， 目 前在非 晶体结构材料 中的应用 已经很成熟 Ｊ 。沥青混合料作为粘弹性材料时间效应与温度效应 的等效性也得到 了论证和验
证 』 。本 文结合 具 体工 程进 行 车辙 深 度 的 预 估 ， 利 用 时 温 等 效原 理 将 低 温 作 用 时 间 转 化 为高 温 作 用 时