设级配碎石过渡层沥青路面非线性力学响应分析

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1、设级配碎石过渡层沥青路面非线性力学响应分析【摘要】为了明确设级配碎石过渡层沥青路面的结构层位功能，对其进行了非线性力学响应分析，结果表明：面层厚度增大，基层层底拉应力和过渡层剪应力减小；过渡层厚度增大，面层剪应力、层底拉应力和过渡层剪应力略有增大，但基层层底拉应力明显减小；基层厚度增加，面层剪应力、层底拉应力和过渡层剪应力增加，基层层底拉应力明显减小。[Abstract]Inordertodeterminethestructuralfunctionsofasphaltpavementwithtransitionlayer,t

2、heanalysisonnonlinearmechanicalresponsewascarriedout.Theresultsindicatethatwhenthesurfacecourseturnsthick-er,bothofthebottomtensilestressofbasecourseandshearstressoftransitionlayerwilldecrease；whenthetransitionlayerturnsthicker,theshearstressandbottomtensilestresso

3、fsurfacecourseandshearstressoftransitionlayerwillincrease,butthebottomtensilestressofbasecoursewilldropremarkably；whenthebasecourseturnsthicker,theshearstressandbottomtensilestressofsurfacecourseandshearstressoftransitionlayerwillincrease,butthebottomtensilestressw

4、illdropdramatically.【关键词】道路工程；沥青路面；非线性；力学响应[Keywords]roadengineering；asphaltpavement；nonlinear；mechanicalresponse中图分类号：U415.2文献标志码：B文章编号：1000-033X(2012)05-0047-040引言半刚性材料的干缩、温缩易使基层开裂，并由此形成沥青面层的反射裂缝，削弱路面结构强度[1-2]。半刚性基层沥青路面结构排水条件差，采用具有一定厚度和严格级配的级配碎石层作为过渡层，构造倒装结构组合基层沥

5、青路面，可在很大程度上弥补半刚性基层的上述缺陷。但级配碎石的模量低，将其作为过渡层会改变原沥青路面结构的应力状况[3-4]。目前，大量研究主要集中在级配碎石材料的力学特性和稳定性、级配组成设计方法及试验路观测等方面，而涉及设级配碎石过渡层沥青路面非线性力学响应的研究相对较少。鉴于此，本文就沥青面层厚度、级配碎石过渡层厚度和模量、半刚性基层厚度四个路面结构参数对设级配碎石过渡层沥青路面进行非线性力学响应分析，旨在明确设级配碎石过渡层沥青路面结构层位功能，为结构与材料的优化设计奠定理论基础。1基本理论级配碎石基层沥青路面的力学模

6、型符合层状体系理论［5］：假定各层都是由均质、各向同性的弹性材料组成；土基在水平方向和向下的深度方向均为无限，其上的各层厚度均为有限，但水平方向为无限；上层表面分布着轴对称圆形均布垂直荷载；层间接触面假定为完全连续。考虑到级配碎石为非线性材料，材料模量随着应力而变化，即碎石层各点的模量随着结构深度的不同而变化，本文采用非线性路面力学分析软件KENPAVE进行分析［6］。为了描述级配碎石层的非线性特征，首先假设其弹性模量，并用层状理论求得应力，根据非线性模型确定新的模量值，并计算一组新的应力。重复这个过程，直至两次相邻迭代的模

7、量接近某个规定的精度为止［7-8］。2计算模型与计算参数以双轮组单轴载100、150、200kN为计算轴载，筒化为双圆均布荷载的轮载半径分别为10.65、12、13.26cm,接地压力分别为0.7、0.829、0.906MPa。计算模型见图1，各结构层材料参数见表1。3路面非线性力学响应的计算结果与分析3.1沥青面层最大剪应力沥青面层厚度、级配碎石过渡层厚度和模量、半刚性基层厚度对沥青面层最大剪应力的影响规律［9］见图2〜5。由图2〜5可以看出，当沥青面层厚度为7cm时，面层剪应力水平最高；面层最大剪应力随过渡层厚度的增大而

8、增大，过渡层厚度由9cm增至30cm,面层最大剪应力增大30〜80kPa，即提高10%〜20%;面层最大剪应力随过渡层模量的增加而减小，过渡层模量由300MPa增至600MPa,面层最大剪应力减少140〜200kPa.，即降低33%以上；面层最大剪应力随半刚性基层厚度的增大而增大，半刚性基