橡胶沥青应力吸收层荷载应力分析

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1、橡胶沥青应力吸收层荷载应力分析　　摘要：我国普遍采用的半刚性基层容易产生温缩裂缝，并反射到路面上形成反射裂缝。橡胶应力吸收层能够吸收、消散车辆荷载作用，从而起到预防反射裂缝的作用。本文通过力学分析计算，研究在车辆荷载的作用下，橡胶应力吸收层对反射裂缝处路面的受力影响。关键词：橡胶应力吸收层车辆荷载有限元中图分类号：TF526文献标识码：A1111概述由于半刚性基层具有强度高、板体性好等优点，且水泥、石灰、粉煤灰等原材料在我国分布较广，质量较好，同时我国高质量的沥青产量又很低，“强基薄面”的半刚性基层沥青路面成了我国沥青路面结构的主要形式，并几乎

2、成为唯一的结构形式。但半刚性基层容易产生温度收缩裂缝，在车辆荷载的反复作用下又会反射到路面上来，即所谓的反射裂缝。我国11反射裂缝的问题相当严重，使得半刚性基层沥青路面的结构缺陷问题日益突出。为此半刚性基层上沥青路面的裂缝问题已成为江苏省公路建设中迫切需要研究的课题。【1】【4】橡胶沥青具有较强的柔韧性和抗疲劳性能，充分利用橡胶沥青的优点，由橡胶沥青胶结料、单粒径集料组成的应力吸收层(Asphaltrubber-StressAbsorbingMembraneInterlayer，即AR-SAMI)对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果。【2】本

3、文针对橡胶应力吸收层，从力学分析方面深入分析AR-SAMI应力吸收层或断级配混合料对路面应力、应变影响，研究其缓解反射裂缝的机理，也为AR-SAMI的设计及施工提供理论参考。2222AR-SAMI力学模型建立2.1结构组成橡胶沥青应力吸收层是指铺筑于半刚性基层与沥青路面之间或者水泥混凝土路面与沥青路面之间的，具有高变形能力的橡胶沥青层。本文中材料构成如下：11橡胶沥青：橡胶粉掺量18%，橡胶沥青用量2.6±0.2kg/m2。集料：规格为9.5mm∼13.2mm，用量为12kg/m2。AR-SAMI试验路位于盐通高速公路YT-YC22

4、标，桩号为K8+999.17∼K12+462.7，施工面积共计51,408.77m2。试验段路面结构组成如图2.1所示。2.1路面结构组成2.2力学模型在计算时，对各层的边界条件及材料性质假设如下：（1）各层都是均匀连续的线弹性体，土工织物和玻璃纤维格栅在水平方向上各项同性，其它材料各项同性；（2）各层层间为完全连续；（3）地基底面各项位移为零，地基侧面水平位移为零，基层、面层和夹层的沿路横断面上的水平位移为零；（4）不计路面自重影响。【2】计算的模型如图2.2，其中夹层部分的厚度和模量可变，对于土工织物和玻璃纤维格栅不考虑其厚度，

5、AR-SAMI层取1cm，沥青碎石厚度取8cm，裂缝宽度取0.5cm。图2.2路面结构力学计算模型图2.3荷载分布图11为便于计算，荷载取18.9cm×18.9cm的正方形，双轮间距32cm，两侧轮隙间距为182cm，接触压力为0.7MPa，研究发现荷载作用于裂缝一侧时，面层底部的应力最大，因此在进行计算时，荷载位置取在裂缝边缘，荷载中心距裂缝边缘9.45cm。计算荷载分布如图2.3所示。网格划分如下图（图2.4），对裂缝顶端，面层底部最小的单元长度为：1.25mm，最小的节点间距为：0.625mm。各层材料参数如下：沥青混合料E=1800MP

6、a，ν=0.25水泥稳定碎石E＝1400MPa，ν=0.25土基E=40MPa，ν=0.35土工织物E=160MPa，ν=0.25玻璃纤维格栅E=5000MPa，ν=0.25AR-SAMI层E=50MPa，ν=0.25沥青碎石E=700MPa，ν=0.25图2.4有限元网格划分图3333荷载应力分析3.1面层底部受力分析11设置各种防治反射裂缝措施后各种路面结构的沥青面层底的应力情况如表3.1、图3.1所示：从图3.1可知，不设防裂夹层时，路面底部的拉应力和剪应力都达到了较高的水平，拉应力和剪应力及最大主应力的最大值都集中在裂缝的顶部很窄的区域

7、，其它部分受压。最大主应力为1.113MPa，而一般的沥青混合料的抗拉强度为1.0MPa左右，可见，不设防裂措施的路面，基层发生裂缝后，在行车荷载的反复作用下，沥青面层底部与基层裂缝相接处在拉应力作用下容易开裂，并向上反射。表3.1各防裂措施对面层层底应力的影响（荷载应力）防裂措施层沥青面层底部应力（MPa）水平拉应力σxmax最大剪应力τxzmax最大主应力σ1max无防裂夹层0.9650.4331.11311土工织物0.6000.3510.635玻璃纤维格栅0.4320.3490.523AR-SAMI夹层0.3110.2580.421沥青碎

8、石层0.2390.2540.28700.20.40.60.811.2不设夹层土工布夹层玻纤格栅夹层SAMI夹层沥青碎石层MPa拉应力最大剪应力最大主应