半刚性基层沥青路面温度应力计算分析

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1、第三部分：交通土木建筑工程b-r掣tf'H封。一f甜。if"一掣，一一一1节《o，崔一■n谭督1恤’，-，，·■’辟一W⋯p尊．It●I辨—y■“·一管⋯一。．-，川，．．o’·r}：々半刚性基层沥青路面温度应力计算分析马银华1，李文广2，徐秀霞3(1．重庆交通学院土木建筑学院，重庆400074；2．重庆交通规划勘察设计院，重庆400067；3。重庆市力。龙坡区交通局，重庆400053)摘要：运用有限元分析软件计算不同工况下的沥青面层温度应力，得到了不同面层(基层)厚度、温缩系数及模量下的温度应力

2、分布曲线，及上述参数对沥青面层温度应力的影响规律，在此基础上对半刚性基层沥青路面结构中出现的反射裂缝和对应裂缝形成机理进行了探讨。分析表明，薄沥青面层的裂缝以反射裂缝为主，厚沥青面层则以对应裂缝为主。关键词；半剐性基层；沥青路面；温度应力；反射裂缝；对应裂缝；有限元0引言路面裂缝是高等级公路路面病害的主要形式之·，它的存在破坏了路面的匿续性、整体性和美观，并且随着裂缝的不断扩展使路况：进—步恶化，极大的降低了道路的使用寿命和行车安全性。x,-'j于半-N0性基层沥青路面而言，由于半刚性基层材料受温

3、度和湿度的影响容易形成原始的微裂缝和宏观裂缝，使得路面面层铺设完成并交付使用后不久，基层中的裂缝就会在温度场和荷载场的单独或耦合作用下向路面表面反射，形成所谓的反射裂缝；或者在基层裂缝对应上方形成由面层表面向下逐渐延伸的对应裂缝。工程实践表明，反射裂缝和对应裂缝是路面体中比较常见的两种裂缝形式，尤其前者存在更为广泛。那么，路面体在什么情况下易产生反射裂缝，什么情况下易产生对应裂缝，两种裂缝的产生与沥青面层的性质(厚度、劲度模量及温缩系数)及半刚性基层的性质(厚度、摸量及温缩系数)之间存在阿种关系或

4、规律，为了说明这一问题，本文以E述参数为依据，运用ANSYS有限元分析软件计算了沥青面层内的温度直力，试图从夕p界温度场对路面结构影响的角度，对沥青路面反射裂缝、对应裂缝的形成机理进行探讨。1模型建立及参数取值1．1建立模型先沿路线纵向向下截取—个平面，此截面处于平面应力状态。建立图1示坐标系。用红、吃；El、易；口．、口：；五、瓦分另IJ表示沥青面层与半刚性蛆的厚度、模量、温缩系数及温彰琉函数，仃，、仃y、f叫表示某层结构的应力分量，U、’，分别表示x、Y方向的位移分量，可建立如下基本方程窘们叫

5、茜+芬卅五窘坤卅等等川f否c3u+∥万／gv=(1+∥Ⅻ五(Lo)侈璧：(1+鹏脚)6012005·8中国·大连、●●●●●●●L，●●●，，JO

6、III竹一知卯一勿口血露+中国交通研究与探索(2005)一第六声全I!t交通运输领域青牟学术会讧论文喜其中，名=(1-∥)／2，∥为材料泊松比。温差函数r(工，力采用文献【1】提出的沥青路面的温差模拟函数互(五力一。l‘-alx2-6Iyo≤J，≤办1互(五J，)=ele-(a一+a：)x2-屯，+‘屯一6l"h1≤y≤h1+办2互(x，J，)=ele

7、-(a-+a：+吨h2—62．'，+‘以’6I’^1hI+办2≤y≤+oo————1}』I_宇—_工面层’。。刊层土基y1r图1沥青面层温度应力计算模型式中，a．、a，、口：为常系数，—般取为0．001—0．002；本文统一取为0,001。只为路表温差，取为20℃。b，、b2、b，则为温差沿深度方向变化率控制系数，可取以下3组值：(4，4，3)、(5，5，5)、(6，5，4)，本文取(5，5，5)o1．2不同工况下参数取值沥青面层的厚度、劲度模量、温缩系数及基层的回弹模量、温缩系数等参数对沥青面层

8、内温度应力分布均有重要影响。为便于计算分析，暂不号c{彻清混岔斟的粘弹性。按E述参数的不同取值，分成15种工况分别计算分析沥青面层内温度直力状况。表1不同工况的参数取值2计算结果分析2．1不同沥青面层厚度时温度应力分布规律由计算结果图2可知，沥青面层厚度为5锄时，温度应力最大值出现在沥青面层底部，为2．18MPa，由底部向上温度应力逐渐变小，面层表面最小值为1．65MPao沥青面层厚度为15eln、20till时，最大值都出现在面层表面，分别为1．72MPa、1．75MPa；由表面向下温度应力逐渐

9、减小，在面层厚度4／5(下部12cnl、18Clil)处达到最小值，分别为1．11MPa、O．87MPa；再向下温度应力又有所增加。由E述温度应力数值可知，不管沥青面层厚薄，温度变化产生的温度应力大小已足够引起沥青面层的开裂，且超过了荷载作用下产生的最大拉应力。可见温度应力是造成沥青路面开裂的主要因素。并可进—步推测：当沥青面层较薄时，面层很有可能首先从底部开裂，随着底部的开裂，裂缝逐渐向上延伸，产生所谓反射裂缝，进而在荷载作用下进一步加速裂缝的扩展。沥青面层较厚时，则裂缝易首先产