重载交通柔性基层沥青路面结构力学响应及设计指标.pdf

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1、第2期(总第165期)2013年4月中国彳丛z布No．2(SeriaINo．165)CHINAMUNICIPALENGINEERINGApr。2013DOhl0．3969／j．issn．1004-4655．2013．02．030重载交通柔性基层沥青路面结构力学响应及设计指标乔英娟[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092]摘要：对重载下柔性基层沥青路面结构进行力学计算，分析路表弯沉、结构层层底拉应力和拉应变、路表剪应力等力学指标随荷载的增大而发生的变化，给出柔性基层沥青路面的主要破坏特征。结合国内外长寿命柔性基层沥青路面的研究

2、，提出重载交通下柔性基层沥青路面设计指标。关键词：沥青路面；柔性基层；重载；力学响应；设计指标中图分类号：U416．217文献标志码：A文章编号：1004—4655(2013)02—0091—04JTGD50---2006《公路沥青路面设计规范》中对柔性基层沥青路面的设计缺乏控制性的设计指标，尤其是在重载作用下的情况。本文对重载下柔性基层沥青路面结构进行力学计算，提出重载交通下柔性基层沥青路面的设计指标。1重载沥青路面荷载图式在比利时方法中，考虑了轮载的接地面积随轮胎性质和路面状况而异，即高胎压与路面接触面积小，能承担较大荷载；低胎压与路面接触

3、面积大，估牵引力大。该方法根据实际调查得出了轮胎接地面积和轮胎荷载的统计公式⋯。根据我国的实际情况，采用改进的统计公式：彳=0．00＆P+152(1)式中4为轮胎接地面积，cm2；P为每个轮胎的荷载，N。假定轮载P均匀分布在接触面的圆面积上，计算得到轴重与轮压、轮胎接地圆半径关系(见图1、表1o卜堡寸』叶_P5=10．65cm图1比利时法荷载作用图P收稿日期：2012—11—12基金项目：上海市青年科技启明星计划(B类)资助(12QBl404300)作者简介：乔英娟(197卜)，女，高级工程师，博士，主要研究方向为路面工程。表1轴重与轮压、轮胎

4、接地圆半径关系轴载／kN圆心距／era当量圆半径／era10031．7610．5912033．5111．1714035．1811．7316036．7712．2618038．3012．7720039．7713．2625043．2214．4130046．4215．472柔性基层沥青路面结构选取根据国内外已有的全柔性基层沥青路面的研究和应用情况，确定力学分析所选用的代表性柔性基层沥青路面结构组合，路面结构形式及其基本参数如表2所示。表2柔性基层沥青路面结构组合材料厚度／em模量，MPa泊松比沥青混合料层181800O．35沥青稳定碎石20l0000．

5、35级配碎石基层405000．35路基400．403结构力学分析计算中假定路面各结构层之间完全连续。采用双圆均布荷载，当量圆半径及轮载见表1。在进行力学响应计算分析时，重点考查不同轮载作用下路面结构的路表弯沉、各结构层层底弯拉应变、竖向压应变、面层剪应力、土基顶面压应变等指标。3．1路表弯沉分析路表弯沉是路基和路面结构不同深度处竖向变形的总和。图2给出了沥青路面结构在25kN轮载91中圄彳盛z朽乔英娟：重载交通柔性基层沥青路面结构力学响应及设计指标2013年第2期作用下沿z轴轮隙弯沉分布。图3给出了不同轮载下路表轮隙弯沉关系图。Z岂秣辞：扭卜弯

6、沉／0．0ln'l,n图2轮隙弯沉沿深度变化曲线弯沉，O．01mm图3轮隙弯沉一轮载关系图O对于半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面，在相同竖向荷载作用下，弯沉值有所差异，但随深度的分布规律基本是一致的，即弯沉分布规律与路面结构类型关系不大。在柔性基层沥青路面中，最大弯沉均出现在距路表6～10em处，但总体变化不大，与路表弯沉相差均≤0．3(0．01mm)，故用路表弯沉进行设计还是合理的，在工程实践中，也易于测试。随着轮载的增大，柔性基层沥青路面下的轮隙弯沉一轮载近似呈直线关系，表明轮隙弯沉为表征路面结构整体刚度的有效指标，用轮隙中。tk,弯沉

7、测试值评价路面结构整体刚度仍较为合理。3．2各结构层拉应变分析疲劳开裂是沥青路面破坏的主要形式，已有研究认为，重复荷载引起的拉应力和剪应力，开裂首先出现在临界拉应变和拉应力发生处。临界拉应变的大小和位置取决于路面的刚度以及荷载的构成。在国外的相关技术规范中，多以弯拉应变指标来控制沥青层底的疲劳方程。其中，美国沥青协会AI建立的沥青混合料疲劳方程以及AASHTO沥青路面力学一经验设计方法中提出了沥青面层混合料的92疲劳方程中，采用的均为沥青混合料的动态压缩模量。因此在沥青结合料材料为基层的柔性基层沥青路面中，对路面结构的应力应变力学响应分析时，应

8、采用材料的动态压缩模量，以正确反应路面结构的应力一应变关系。参照已有的沥青混合料动态模量试验结果，以及永久性沥青路面的相关结构参数应用，采用的材料参数