水泥混凝土板底脱空对沥青加铺层的影响研究.pdf

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1、中外公路第32卷第2期742012年4月文章编号：1671—2579(2012)02一OO74一O3水泥混凝土板底脱空对沥青加铺层的影响研究王玮1，高建立。(1．河南交通职业技术学院，河南郑州450005；2．河南中原高速公路股份有限公司)摘要：根据水泥混凝土路面脱空形态及受力特性，建立水泥板存在脱空状态下的沥青加铺结构有限元模型，分析了脱空范围变化、单板脱空与双板脱空、传荷能力变化时沥青加铺层的受力变化情况。结果表明：脱空对加铺层受力影响非常明显，脱空范围的增加、脱空形式由单板变为双板以及传荷能力的衰弱都会对加铺层造成不利的影响。关键词：水泥路面；脱空；加铺层；夹缝材料；传荷能力混

2、凝土路面在实际使用过程中，由于受到车辆荷(1)各层是连续、均匀、各向同性的线弹性体，其载的反复作用，路面板会产生弯沉变形，使路基产生一位移和形变是微小的；板角位置为脱空区，为了计算简定量的塑性变形，随着塑性变形量逐渐积累，路基会逐便，假定板角脱空高度均相同，板角脱空为等边直角三步产生脱空。由于路面板存在接缝和自由边缘，泥浆角柱体，如图1所示。从接缝或裂缝处交融、溢出，从而在板底产生脱空现象。目前对脱空影响研究主要集中于脱空对水泥混凝面层板土板体本身的影响，而旧水泥板加铺之后沥青面层受脱空的影响却很少有人关注，因此笔者主要研究脱空形成后加铺层的受力变化情况，为加铺前的旧板脱空处治提供一

3、定的依据。1脱空模型的有限元建立图1脱空水泥混凝土路面板力学分析脱空模型简化为了从理论上分析旧水泥混凝土路面上沥青加铺(2)地基底面各向位移为0，地基侧面水平方向位层内应力的分布状况，该文采用通用的ABAQus有移为0；沥青加铺层和旧水泥混凝土层在两端横截面限元计算程序进行三维有限元分析，分析对象由沥青上水平位移为0，在两侧侧面上位移自由。加铺层、夹层、带有接缝的旧水泥混凝土路面层和基础(3)假定旧水泥混凝土路面在接缝处无传荷(基层+土基)组成。能力。严格地说，沥青加铺面层在力学性质上属于非线(4)不计路面结构自重影响，土基在水平方向和性的弹一粘一塑性体，但是考虑到行驶车轮作用的瞬向

4、下深度方向均为无限，其上路面各层厚度均为有限，时性(百分之几秒)，沥青材料主要表现为弹性性质，同但水平方向仍为无限。时，由于混凝土板与基础之间的摩阻力一般不大，在力学图式上可以将其看作是弹性地基板，因此，分析时可2脱空对加铺层受力影响分析将整个路面加铺层结构作为弹性体，采用线性静力学的分析方法。2．1脱空范围对加铺层受力影响分析为了反映弹性半空间体地基的特性，分析时地基采用有限元软件进行分析时，路面结构及各层材采用扩大基础尺寸，如图1所示。应力分析时，对各结料参数见表1。构层作如下假定：、收稿日期：2011—08—292012年第2期王玮，等：水泥混凝土板底脱空对沥青加铺层的影响研究

5、75表1路面几何结构及材料参数用次数，按剪切疲劳方程计算沥青层中允许的最大剪应力，继而推算出必须进行处理的脱空范围。如疲劳破坏的沥青混凝土层允许剪应力为0．35MPa，则在水泥混凝土路面加铺沥青面层前需对板底大于0．4m的所有脱空进行处理。2．2单板与双板脱空结果比较分析为了便于比较分析，计算时不考虑板与板之间的传荷作用。分别计算单边脱空为0．1、0．3、0．m以及双边脱空时脱空尺寸为0．1+0．O1+0．1，0．3+0．O1+0．3，0．5+0．O1+0．5m时加铺层的受力状况。在分析脱空范围对加铺层受力影响时，选取的脱计算结果见表3。空模式为受荷板边和非受荷板边同时脱空方式，脱空

6、表3脱空方式对加铺层受力分析范围由受荷板脱空尺寸+接缝宽度+非受荷板脱空尺寸组成。不同脱空范围下沥青加铺层内最大剪应力及路表弯沉计算结果如表2所示。表2脱空范围对加铺层受力影响分析通过表3可以看出，脱空范围的增大都会导致沥青层所受剪应力的增大以及路表弯沉的增加。相对于单边脱空，荷载作用下双侧脱空对沥青层的受力更加不利，而且会造成路表弯沉值的增加。2．3传荷能力变化对加铺层受力影响分析上述分析都是建立在假定相邻两块混凝土板的传荷能力为0时，分析加铺层的荷载应力。事实上混凝可以看出，脱空尺寸的变化对加铺层受力的影响土板块之间由于传力杆、粒料嵌挤作用而存在一定的非常大。当脱空尺寸变大时，荷

7、载作用下沥青加铺层传荷能力。因此该文又分析了混凝土板块之间具有传的最大剪应力呈直线上升趋势，而且变化幅度非常大。荷能力以及传荷能力变化时沥青加铺层的受力变化。当脱空范围由0增加到0．5+0．O1+0．5m时，荷载作混凝土板块间的传荷能力的直接指标是接缝两侧用下的加铺层内剪应力由0．098MPa增加到0．413所受的荷载之比值。但对于荷载分配的实际情况却难MPa，增幅达3．2倍。由此可见，脱空很容易导致加铺以定量，所以该文采用两种反映接缝传荷能力的间接层的破