[精品]半刚性基层沥青路面结构剪应力敏感性分析.doc

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1、半刚性基层沥青路面结构剪应力敏感性分析半刚性基层沥青路面结构剪应力敏感性分析【摘耍】半刚性基层沥青路面是我国目前高等级公路路面结构的主要形式，但是由于基而层间结合不良易造成多种沥青路面病害。本文通过BTSAR03.0软件采用多层弹性层状体系理论，分析了不同层间状态下面层厚度、模量，基层厚度、模量变化对层间剪应力的影响。结果表明，随着摩擦系数的增加，剪应力逐渐增大；在基层参数一定的情况下，剪应力随面层的模量的增加而减小，随面层的厚度增加而减小；在面层参数一定的情况下，剪应力随基层的模量的增加而增大，随基层的厚度增加而增加-为改善面层基层层间连接状态减少沥青路面由于层间处理不当引起的病害提供了

2、理论依据。【关键词】多层弹性层状体系；BTSAR；层间结合状态；剪应力1•前言路面体系在结构上十分复杂，路面是一个条带状结构，而路基则是无限深，再加上材料的非弹性性质，在计算它的内力时会遇到很多的力学和数学困难。此外作用在路面上的荷载是多次重复动荷载，真实的汽车轮胎印记不是实体的，印记上的压力分布也并不是均匀的。路面材料性能也极为复杂，具有弹性、粘性和塑性,且具有各向不均匀性。因此，对路面结构体系作完善的力学分析是十分困难的。目前，沥青路而的力学计算理论主要有多层弹性层状体系理论、有限元数值解法、流变学、粘弹塑性力学、非线弹性力学、断裂力学、岩土塑性力学等。每种方法都有其局限性和侧重点，其

3、中多层弹性层状体系理论发展相对较早，相对比较成熟，在路面结构设计屮应用得比较广泛。本文拟采用壳牌设计法的RTSAR程序，针对基面层的模量、厚度，车辆荷等主要因素，分析半刚性基层沥青路面基面层间剪应力，进而得出基面层间剪力变化的一般规律。分别考虑面层厚度、模量，基层厚度、模量变化对层间剪应力的影响。2•计算软件BTSAR程序是基于多层弹性层状体系理论专为道路设计而编制的。属于力学-经验法，是国际上公认的比较完善的路而设计方法。其力学假设：1•把路面结构当作一种多层线性弹性体系，其中材料用杨氏弹性模量和泊松比表征；2.材料假定为均质且各向同性，路面各层在水平方向为无限大；3.荷载：一个圆面或儿

4、个圆面上作用着均布垂直和（或）水平荷载（对于一般的设计方法采用一种标准的双轮荷载）。本次计算采用BISAR3.0软件，其计算图示如图1所示。半刚性基层路面在行车荷载作用下产生弯沉变形，使沥青层产生弯拉应力，此弯拉应力有时达到相当大的数值，在此应力反复作用下路而结构层产生较大的弯拉应变，可能导致路面结构产生弯拉疲劳破坏。沥青层底最大拉应变点的位置，-•般出现在后轴…侧双轮中某一轮胎接触面的轴线处。采用Bisar3.0软件，取单圆荷载中心处为计算点（见图1中D点），抗压模量采用15°C值。3.力学计算参数试验路拟定各方案材料参数参照现行《公路沥青路面设计规程》（JTGD50-2006）。此外，

5、在我国规范中，推荐土基泊松比为0.35。其余材料没有明确的推荐值，建议取值在0.2-0.5之间。借鉴国内相关设计资料，沥青混凝土泊松比取0.35,级配碎石泊松比取0.35,半刚性基层泊松比取值0.25,土基取0.35O为了获得沥青层间的敏感参数，建立设计参数范围如下：表1设计参数结构层厚度（cm）模量（MPa）泊松比面层1620241200150018000.35基层304050130015000.25土基500.354.面层基层参数对层间结合状态的影响本文在层间接触方面,充分考虑了不利情况，采用弹性多层体系分析计算不同层间状态下,路面结构内部的应力、应变值。层状弹性体系在垂直荷载条件下，

6、层间力以剪应力为主，因此层间模型的建立以剪应力表现为主。目前常用的模型有古徳曼模型和库伦模型，本文采用库伦模型。在库伦模型中，不同的层间摩擦系数，表征了不同的层间结合强度，其中二0时，层间处于光滑状态。图1路面荷载模式及计算模型4.1面层参数对层间结合状态的影响（1）假设基层模量E=1500MPa,厚度H=40cm,在不同摩擦系数（0.0,0.2,0.4,0.6,0.8和1.0）下，当沥青面层厚度为20cm吋、模量为变量，面层参数对层间最大剪应力（MPa）影响得出数据见表2：表2最大剪应力随而层模量变化表模量（MPa）摩擦系数00.20.40.60.81E二12000.11100.1111

7、0.11130.11170.11210.1126E二15000.11100.11110.11120.11150.11180.1122E二18000.11020.11020.11040.11060.11090.1112图2最大剪应力随而层模量变化图为了更清晰的反应剪应力的变化规律，将上表中数据图示化，图2为最大剪应力随面层模量变化图，从图中可以看出，最大剪应力随面层模量的增大而减小，当面层模量增大33%时，在不同的摩擦系数