对两种复合式基层沥青路面剪应力的分析与思考_张艳红 (1)

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1、第30卷第3期2010年6月中外公路107文章编号:1671-2579(2010)03-0107-04对两种复合式基层沥青路面剪应力的分析与思考12张艳红,王晓帆(1.长安大学公路学院,陕西西安710064;2.中交一公局公路勘察设计院有限公司)摘要:复合式基层沥青路面为当前的主要新型路面结构形式,其主要结构特点为基层采用碎石上基层并在其下下卧半刚性基层。剪应力为路面结构的主要力学响应之一,尤其对于高温地区应引起重视。为深入分析复合式基层沥青路面在面层内的剪应力分布情况,选取该类路面的两种不同结构

2、,采用壳牌设计软件BISAR3.0为计算工具,并用MATLAB7.0软件将计算结果进行三维化处理,对两种结构的剪应力分布及等值线图进行了全面的比较和分析。结果表明:剪应力通常于中面层深度范围内达到峰值,并在基面结合处达到二次峰值;厚沥青面层有助于降低沥青路面的整体剪应力水平。关键词:复合式基层;级配碎石;沥青稳定碎石;剪应力;三维分布;等值线中国的沥青路面结构经历了一个相当长的演变过性基层上同时加铺级配碎石及沥青稳定碎石基层的形程,长期以来,/强基、薄面、稳土基0的思想指导了中国式。该类路面由于下

3、卧层刚度大,碎石上基层因此易的路面结构设计,为公路建设尤其是里程的增长起到于获得高压实度和较高的刚度,组合作用使路面兼具了极大的作用。半刚性路面作为中国沥青路面的主导刚柔,受力上较为合理。在中国,现今复合式基层沥青结构,由于材料温缩和干缩的特性,不可避免地要产生路面主要分为以下3种。反射裂缝,导致路面的结构性破坏,维修养护较为困(1)复合结构一:沥青稳定碎石为上基层,无机结难。基于此,中国沥青路面结构形式正由单一的半刚合料稳定集料作底基层性路面朝多样化方向发展,流行于北美国家的复合式由于沥青混合料

4、面层与沥青稳定碎石基层的变形基层沥青路面亦开始引入国内,并被逐渐应用于工程相容性较好,模量比适中,复合类型一的各结构层的水实践中。该类路面通过结构上的优化,可以有效地防平应力(除上面层外)均小于半刚性基层沥青路面相应止反射裂缝的出现,将路面结构的破坏模式转为自上位置的水平应力,因此该类路面的疲劳寿命将较半刚而下,延长路面的使用寿命。为了更全面地认清该类性基层沥青路面显著增加,并且由于沥青稳定碎石材路面的力学特点,笔者选取了两种不同形式的复合式料的特性与面层沥青混合料性质基本相同,可使其与基层沥青路

5、面,针对高温地区常见的车辙、推移等病面层拥有较好的粘结,使得路面结构的整体性不致衰害,以壳牌设计软件BISAR3.0进行全面的剪应力计减过快,有利于路面结构长期性能。算,并利用软件MATLAB7.0对计算结果进行三维(2)复合结构二:级配碎石为上基层,无机结合料化处理,以期为该类路面在中国高温地区的推广及应稳定集料作底基层用提供理论依据。该类结构一般又称为倒装结构,从特点上看,级配碎石不仅具有良好的应力扩散效应,能消除反射裂缝1复合式路面方案及计算模式的选取顶端的应力集中现象,而且改善了半刚性层所

6、处的温度条件和干湿条件,能有效地减少半刚性层在使用过1.1复合式路面分类程中所发生的收缩裂缝;同时,级配碎石中间层减少了从结构上讲,复合式基层沥青路面就是用沥青混裂缝两侧的弯沉差,因而结构能大大减少和延缓半刚凝土作面层,沥青稳定碎石或级配碎石作上基层,无机性基层沥青路面反射裂缝的产生。结合料稳定集料作底基层的结构形式,也可以在半刚(3)复合结构三:沥青稳定碎石作下面层,级配碎收稿日期:2009-09-14108中外公路第30卷石作为过渡层,无机结合料稳定集料作底基层之前可按连续,损坏以后按滑动计算

7、。该研究按较不该类结构可以适当减薄面层厚度,在面层下设置利的滑动计算。一定厚度的沥青稳定碎石,在其下再采用一定厚度的1.3.3计算模式级配粒料层作过渡层,把半刚性基层材料往下放,只起计算软件采用SHELL法的BISAR3.0软件。底基层作用,这样可使半刚性材料的拉应变减小,受温在计算中假定X方向为道路行车方向,Y方向为道路度、水分等环境的影响减小,从各方面来讲对防止反射横断面方向,Z方向为深度方向。裂缝有益,且成本增加不多。在双圆均布荷载作用下,最不利的应力、应变空间1.2复合式路面方案位置必然在

8、道路的横断面上,因此,在力学分析时只计分析选取了复合结构一及复合结构三的两个典型算这个平面内点的剪应力。在道路横断面方向上取结构为代表进行计算,具体的方案形式及材料参数如19个坐标点,具体见表3。为了深入分析面层内的剪表1、2所示。应力规律,在面层范围的深度方向以1cm为间隔加密表1复合式基层沥青路面结构一及材料参数取值深度计算点。此外,为更直观地反映路面结构的空间剪应力状况,用MATLAB7.0软件对BISAR厚度/15e抗压回弹材料名称泊松比3.0的计算结果进行空间三维化处理。