旧水泥混凝土路面加铺沥青层设计探析

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1、旧水泥混凝土路面加铺沥青层设计探析摘要:加铺沥青层是旧水泥混凝土路面进行补强、改造的常用技术手段，但由于荷载应力和温度应力的存在，使得加铺沥青层也是困难重重。本文对旧水泥混凝土路面加铺沥青层荷载应力和温度应力进行了分析，并探讨了沥青加铺层的适用条件、设计指标和厚度的计算方法，为旧水泥混凝土路面加铺改造提供参考。关键词:沥青加铺层；荷载应力；温度应力；反射裂缝；设计方法；厚度中图分类号：U416.216文献标识码：A文章编号：由于通行时间较长，加上重交通量的影响下，目前许多旧水泥混凝土路面出现了路面平整度降低、行车舒适性下降等情况，为了满足交通运输日益发

2、展的需要，提高路面服务水平，对旧水泥混凝土路面进行加铺改造成为了我国公路建设面临的一项迫切任务。旧水泥混凝土路面加铺改造的形式有加铺水泥混凝土面层和沥青面层两种，其中，加铺沥青面层施工更为方便和工期更短，并能充分利用水泥混凝土路面的强度。因此，旧水泥混凝土路面加铺沥青层是非常常见的。下面就旧水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法进行探讨。1加铺沥青层荷载应力分析1.1计算模型6旧混凝土板上加铺AC层路面结构，其接缝处的计算模型既区别于弹性层状体系，也不同于弹性地基上的板，本研究采用有限元程序ANSYS计算，为便于分析，采用如下假定:(1)水泥混凝土板与地基

3、间光滑接触。(2)水泥混凝土板与沥青层间完全连续。(3)接缝考虑一定宽度、无传荷。(4)地基为弹性半空间地基(E地基)。(5)各层材料具有线弹性，以E，μ表征。1.2临界荷位分析临界荷位的确定与对象有关。普通混凝土板的临界荷位是轴载作用于纵缝边缘中部，这时板底产生最大应力。对于旧混凝土板加铺沥青面层，为控制沥青层出现反射裂缝，就以沥青层内应力、位移的不利状态作为选择临界荷位的依据。1.3应力与位移分析(1)混凝土板模量Ec对计算结果的影响取ha=6cm，hc=22cm，Ea=1500MPa，Es=100MPa，Ec=25000MPa和Ec=35000M

4、Pa，采用程序进行计算，可以得到:剪应力、弯沉等各个指标随Ec的增加而减小，这说明板的刚度越大对沥青层受力越有利。但影响也很小，可以不计。(2)沥青混凝土模量Ea对计算结果的影响6研究Ea从1000MPa增至1500MPa时，弯沉差、表面弯沉、剪应力的变化规律和计算结果分析可知，当沥青混凝土模量Ea增加时，剪应力随之增加，而弯沉差随之减小，路面整体抗变形能力增强。尽管沥青混凝土模量受温度影响有一定的变化，但在以后的计算中Ea取定值1500MPa。(3)板厚hc对计算结果的影响通过计算分析不同AC层厚、不同板厚时剪应力和弯沉差的响应，发现剪应力随hc的增

5、加而线性减小，弯沉差也随hc增加线性减小。(4)沥青层厚度ha对计算结果的影响对于旧混凝土板加铺沥青面层设计，主要是计算加铺层的厚度，使各种力学指标控制在允许范围内，因此，沥青层厚度ha是主要影响参数之一。计算中ha从4cm到16cm按2cm递增，并考虑混凝土板厚和板下基础模量Es的影响。2沥青加铺层温度应力分析计算结构内的温度应力，首先要进行温度场的研究。为分析在温度应力作用下，沥青层模量Ea、厚度ha、板厚hc、土基模量Es这4个参数对计算结果的影响，取沥青层表面降温18℃，温度梯度为－0.8℃/cm时，考察沥青层最大拉应力σy和沥青层与混凝土板间

6、的最大剪应力τyz，研究结果表明:(1)沥青层底面弯拉应力与层间剪应力随沥青层厚度的增加而减小。(2)沥青层底面拉应力σy随Ea的增加而增加，6这说明反射裂缝易在冬季产生；而剪应力τyz则随Ea的增加而减小，这说明层间剪应力与两层的模量比有关，两者模量相差越大，则变形越不协调，相互约束越紧，从而引起剪应力增加。(3)沥青层拉应力随板厚的增加而减小，剪应力则随板厚的增加而增加。3沥青加铺层设计3.1板下基础强度评价公式板下基础模量是旧路强度评价中的重要参数之一，现行规范在基础模量方面有2个参数:Et是基础顶面当量回弹模量，它是由承载板试验直接测定结果；E

7、tc是基础顶面计算弹性模量，是在应力计算中使用的表征基础刚度的弹性参数。对旧混凝土路面板下基础强度进行评价时，由于不便把混凝土板刨开在基础顶面直接进行承载板试验，一般按(1)式进行反算，然而，在实际应用中发现该公式有时计算结果往往超出常规，给设计带来困难，需进行修正。(1)基层顶面计算模量Etc值应不小于Et值，但实际中发现当Etc超过某一量值后(以下简称分界值)就会出现Et值大于Etc值的反常现象。同时还发现Et值计算结果对Etc值的变化很敏感，Etc值发生较小变化，Et值就有较大改变。表1E1/MPa6注:表中折线右侧是Et＞Etc的情况。从表1中

8、可看出，Etc只有在小范围内变化时，得到的Et值才可以令人接受。从误差考虑，当hc=20cm，