旧水泥混凝土路面沥青加铺层荷载应力分析.pdf

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1、第33卷第2期20l3年4月中外公路55文章编号：1671—2579【2013)O2—0055—04旧水泥混凝土路面沥青加铺层荷载应力分析原宝盛，彭余华。，高明明。(1．广西交通科学研究院，广西南宁530007；2．长安大学公路学院；3．江苏省交通科学研究院股份有限公司)摘要：视路面结构为弹性层状体系，采用Ansys程序建立了经过可靠性验证的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构三维有限元模型，分析了车辆荷载、加铺层厚度和材料参数变化及各种典型防止反射裂缝措施对沥青加铺层底最不利处荷载应力的影响。分析结果表明：增加沥青加铺层厚度能有效降低加铺层结构层底最

2、大主应力、最大剪应力r⋯和等效应力；对分析的实例加铺层结构，在铺筑级配沥青碎石过渡层的情况下，土工布夹层模量变化对缓解荷载应力的作用并不明显；在加铺层结构拟采用的各种典型防止反射裂缝措施中，以7cm厚AM一2O沥青碎石过渡层+2．5cm厚应力吸收层组合措施效果最佳，其加铺层底的最大主应力1、最大剪应力r⋯和等效应力下降幅度分别达78．6％、82．9和84．4。关键词：道路工程；有限元分析；沥青加铺层；荷载应力在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层是旧路改造秒)，以至于路面结构产生的粘一塑性变形基本上可以的主要形式之一，然而此种路面结构极易因在旧路裂忽略

3、，故将强度较高、厚度较大的高等级路面视为线弹缝或接缝处上方的沥青加铺层内形成应力集中而产生性体，并采用弹性层状体系理论进行分析是合适的。反射裂缝。相关研究表明：反射裂缝的产生是必然的该文在路面荷载应力状态分析时，视路面结构为弹性而且不可能完全消除，只能采取措施延缓或抑制其发层状体，研究对象为根据旧路状况拟定的加铺层路面展。温度应力是导致沥青加铺层早期开裂的重要诱结构：由沥青加铺层、级配沥青碎石应力过渡层、土工因，但当路面开裂后，车辆荷载尤其是重车荷载将对裂布夹层、带接缝的旧水泥混凝土路面和基础层组成。缝发展起决定性作用。该文依托佛山市Sl12省道

4、广分析时，地基采用扩大尺寸来模拟以体现其弹性半空杏线旧水泥混凝土路面加铺改造工程，以车辆荷载作间体特性，土工布夹层采用薄膜单元Shell63模拟(此用下的旧路结构及其上所设级配沥青碎石过渡层、土单元仅能承受拉力而不能传递弯矩)，其余各结构层则工布夹层、应力吸收层等典型防止反射裂缝结构层与均采用八节点六面体单元Solid45进行模拟，并对各沥青面层的组合结构为研究对象，通过Ansys有限元结构层采用如下假设：法对其进行数值模拟，分析各结构层厚度和材料参数(1)各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体。变化对沥青加铺层底荷载应力状态的影响，为选择合(2

5、)各结构层层间水平、竖向位移均连续。理材料和设计参数进行沥青加铺层设计提供参考。(3)基础层底面各向位移为0，基础侧面水平方向位移为0。1有限元分析模型与参数(4)不考虑路面结构自重影响。(5)接缝无传荷能力，其宽度设为1cm。1．1分析模型1．2模型参数沥青路面结构在行车荷载作用下的应力一应变关模型尺寸根据旧路及拟定加铺层结构形式确定。系通常呈非线性特征，其形变随应力作用时间而变化，其中旧水泥面板长度5m，宽3．75m，厚度25cm；基且部分形变即使在应力卸载后也无法恢复。因此，沥础扩大尺寸为12．01m×5．75m×9m，见图1。青路面在严格

6、意义上属于非线性的弹一粘一塑性体。采用单轴双轮组标准轴载BZZ一100进行加载，但由于轮胎作用于路面的时间非常之短(约百分之几双轮组轮载为50kN，轮胎接触压应力为0．7MPa，单收稿日期：2012-08-23基金项目：广东省公路管理局科技项目(编号：粤公研2007—11)作者简介：原宝盛，男，硕士．E—mail：yuanbaoshengO8@126．corn56中外公路第33卷续表1∞研口根据沥青加铺层路面结构形式和计算参数生成有啪限元模型并进行网格划分，其中接缝处网格划分采取加密处理以确保其计算精度。2模型可靠性验证图1沥青加铺层结构分析模型

7、(单位：m)轮接触面积当量圆直径为21．3cm。分析时将单轮当为验证采用有限元模型进行加铺层结构荷载应力量圆接触面积按作用面积相等原理折算为22．8cm×分析的可靠性，将直接在旧路上加铺沥青面层而不采15．7cm的矩形，双轮中心距为32cm，两侧双轮组轮取防止反射裂缝措施的路面结构(计算参数见表1)，隙间距为182cm。相关研究表明：当行车荷载处于最在标准轴载作用于最不利荷位状态下的沥青加铺层层不利荷位，即行车荷载一侧作用于紧临接缝边缘处而底拉应力进行Ansys数值计算与采用路面设计专另一侧作用于加铺层内侧时，其在沥青加铺层中产生用程序HPDS2

8、006求解的对比分析，计算结果见表2。的应力最大，对加铺层的损害也最大。因此，该文选取表2采用不同方式计算的层底弯拉应力此种行车荷载处于