路面结构受力研究和疲劳寿命预估

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1、路面结构受力研究和疲劳寿命预估　　摘要：在本文中，笔者计算了两种路面结构在基层模量的变化下对面层影响，并得出水泥稳定碎石及二灰碎石层适宜的模量及厚度。相比之下，模型A在应力控制方面明显优于模型B，为今后工程提供借鉴经验。关键词：基层模量水泥稳定碎石应力控制中图分类号：U416.2文献标识码：A文章编号：路面结构的受力分析半刚性基层材料不同于沥青混合料，在重复荷载作用下其力学性质具有本身的特征。半刚性材料层的特点是，其控制应力或控制应变的是拉，并通常位于半刚性层的底面[1]。根据半刚性材料的力学特性和车轮荷载在

2、路面中产生的应力的分析，可以知道，当半刚性基层下的底基层也是半刚性材料时，在半刚性基层底面产生的拉应力往往较小，相对于半刚性基层材料的弯拉强度，只是一个小的应力水平，通常不会引起半刚性基层产生弯拉疲劳破坏；直接位于土基上的半刚性底基层的底面却往往可能遭受较大的车轮荷载引起的拉应力，特别在土基较软的情况下拉应力更大，也就是底基层的底面会遭受到较大的力反复作用，从而引起弯拉疲劳破坏[2~4]。因此，往往需要检验半刚性底基层是否可能遭受弯拉疲劳破坏。7本课题对振动成型设计方法的半刚性基层沥青路面进行结构的受力分析，

3、把个面层层底、基层层底及底基层层底的拉应力做为分析指标，采用公路路面设计系统(HPDS2006)来计算各结构层的层底拉应力。路面结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，并假定各结构层间接触为完全连续。路面结构层的设计将前面进行疲劳试验的振动成型方式的水泥碎石及二灰碎石混合料应用于路面结构中，本课题设计的路面结构采用六层体系，分别为：细粒式沥青混凝土（AC－13）上面层，中粒式沥青混凝土（SUP－20）中面层，粗粒式沥青混凝土（SUP－25）下面层，半刚性基层，二灰土底基层和土基。本

4、课题采用了两种路面结构类型：（1）水泥稳定碎石做上基层，二灰碎石做底基层，为结构类型A，如表6.1；（2）二灰碎石做上基层，水泥稳定碎石做底基层，为结构类型B，如表6.2。本章主要分析水泥稳定碎石基层的厚度和抗压回弹模量变化及其处于不同层位对结构层层底拉应力的影响。表1半刚性沥青路面结构形式A7表2半刚性沥青路面结构形式B水泥稳定碎石基层模量的影响通过调节级配和改变水泥剂量，可以使水泥稳定碎石基层的抗压回弹模量在一个较大范围内变化，从而相应的使路面各结构层的受力状态有所改变，所以只改变水泥稳定碎石基层的抗压回

5、弹模量（1000MPa～3000MPa），其它各结构层参数不变。对于结构模型A，水稳基层厚度设为20cm，其结果见图1。对于结构模型B，水稳基层厚度也设为20cm，其结果见图2，其中拉应力为正，压应力为负。图1结构模型A中，水稳基层回弹模量对各结构层层底拉应力的影响图2结构模型B中，水稳基层回弹模量对各结构层层底拉应力的影响从图1中可以看出，在结构模型A中，水泥稳定碎石基层模量变化对二灰碎基层的层底拉应力影响最小，随水泥碎石基层的模量增加，自身层底拉应力逐渐增大，并且增幅较大。沥青混凝土下面层层底拉应力在水泥

6、碎石模量为1250MPa时，由拉应力转成压应力，然后随水泥碎石基层模量增加而增大。7从图2中可以看出，在结构模型B中，水泥碎石基层模量的变化，对沥青混凝土下面层的层底拉应力几乎没有影响，但自身层底拉应力逐渐增大，二灰碎石基层的层底拉应力在水泥碎石基层模量为2000MPa时由拉应力转为压应力，然后随水泥碎石基层模量增加而增大。水泥稳定碎石基层厚度的影响水泥碎石基层的适宜铺筑厚度为18cm～20cm，对结构类型A进行分析时，水泥碎石基层模量设为1600MPa，厚度在20cm～40cm范围内变化，其它结构层参数不变

7、，其结果见图3；对结构模型B进行分析时，水泥碎石基层模量设为1600MPa，保持半刚性基层总厚度40cm不变，水泥碎石基层厚度在10cm～30cm变化，分别代入结构中进行计算，其结果见图4。图3结构模型A中，水稳基层厚度对各结构层层底拉应力的影响图4结构模型B中，水稳基层厚度对各结构层层底拉应力的影响7从图3可以看出，在结构模型A中，随水泥碎石基层厚度在设定范围内变化，沥青混凝土下面层的层底应力为压应力且几乎不变；随水泥碎石基层厚度在20cm～40cm内逐渐增加，自身层底拉应力变小，但降幅很小；二灰碎石基层层

8、底拉应力随水泥碎石基层厚度增加也减小，并且降幅也不大。从图4可以看出，在结构模型B中，随水泥碎石基层厚度逐渐增加（相对二灰碎石基层厚度逐渐减小），二灰碎石基层层底拉应力逐渐减小，在水泥碎石基层厚度变为25cm时，二灰碎石基层层底应力由拉转为压，并随水泥碎石基层厚度继续增加，层底应力逐渐增大。水泥碎石基层厚度的变化对自身层底拉应力几乎无影响；水泥碎石基层厚度在10cm～18cm范围变化时，计算显示沥青