瀝青層底拉應變在長壽命路面應用的合理性淺談

李 泉

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瀝青層底拉應變在長壽命路面應用的合理性淺談

李 泉

（廣州市公用事業(yè)技師學院 510100）

隨著長壽命瀝青路面設(shè)計理念在我國普遍認識，相應疲勞極限應變控制指標值得討論。本文應用Bisar軟件，結(jié)合我國高速公路路面普遍結(jié)構(gòu)形式展分析，對層間完全連續(xù)和不完全連續(xù)兩種情況進行對比。

長壽命；疲勞極限應變；Bisar；層間連續(xù)

1 引言

我國在引進國外有關(guān)長壽命瀝青路面設(shè)計理念的同時，也不斷更新著高速公路的路面結(jié)構(gòu)形式。從許多高速公路的結(jié)構(gòu)形式可以發(fā)現(xiàn)基本上是由我國傳統(tǒng)的兩層瀝青層向三層瀝青層結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)變，在這轉(zhuǎn)變的同時，傳統(tǒng)的控制指標也值得我們進一步去評價它的合理性了。在國際上，用瀝青層的疲勞極限應變來控制瀝青層的疲勞開裂基本上已經(jīng)達成共識，并且提出通過控制瀝青層底的拉應變來的控制瀝青層疲勞開裂。為此，本文通過對我國高速公路結(jié)構(gòu)形式的計算分析來提供控制瀝青層底拉應變這一種指標在我國長壽命路面中應用的合理性。

2 計算分析背景

2.1 結(jié)構(gòu)選擇

本次計算采用的結(jié)構(gòu)為最近國內(nèi)高速公路采用較為廣泛的路面結(jié)構(gòu)，見表1。

表1

國內(nèi)高速公路路面結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)形式4cm細粒式瀝青混凝土（AC-13）+6cm中粒式瀝青混凝土（AC-20）+8cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25）+20cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm二灰土

2.2材料參數(shù)

結(jié)構(gòu)中材料抗壓回彈模量參照現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50-2006)取推薦中值。此外，在我國規(guī)范中，推薦路基泊松比為0.35。其余材料沒有明確的推薦值，建議取值在0.2～0.5 之間。本文根據(jù)瀝青混凝土泊松比取值國內(nèi)設(shè)計資料，瀝青混凝土泊松比0.35，半剛性基層泊松比取值0.25，土基取0.35。

2.3車輪軸載

關(guān)于車輪軸載，我國現(xiàn)在的超載情況已經(jīng)司空見慣，超載也已經(jīng)成為我國瀝青路面設(shè)計考慮的一個大方面。但是超載并不會改變?yōu)r青路面中力學響應規(guī)律，因此采用我國規(guī)范的標準軸載形式。

2.4層間接觸

在我國《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50-2006)中，關(guān)于層間接觸有說到：瀝青路面結(jié)構(gòu)的應力與應變分析表明，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中層間條件結(jié)合條件對設(shè)計結(jié)果有較大的影響。設(shè)計中采用什么樣的層接觸條件取決于施工條件和材料特性。原則上我們設(shè)計時應按層間連續(xù)狀態(tài)，要求設(shè)計應采取技術(shù)措施盡量保證各層的緊密結(jié)合，使其層間處于連續(xù)狀態(tài)。若設(shè)計需考慮瀝青層與半剛性基層之間可能出現(xiàn)移動進，可根據(jù)具體情況選定層間結(jié)合系數(shù)進行計算。

沈金安教授在《高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策》一書在談到層間接觸問題時，已經(jīng)闡述了我國公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范里界面條件處理的不合理性，并且詳述了，法國專家就我國在2000年河北省建設(shè)京滬高速公路時相關(guān)設(shè)計單位提出的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了驗算，在驗算的過程中進行了各層完全連續(xù)，材料未損壞、半剛性上基層模量衰減且與瀝青層層間發(fā)生滑動、半剛性基層發(fā)生滑動、半剛性基層間既滑動且模量也衰減和半剛性基層全部衰減且和瀝青層間為滑動接觸的對比分析，法國專家的驗算給了我們重要的啟示。但是我們也不得不承認這些重要正確的啟示只是在同一個結(jié)構(gòu)中進行的，也可以說是一個普通路面結(jié)構(gòu)的特點，同時這也給我國傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面設(shè)計考慮時一個警鐘。然而現(xiàn)在本次研究是不同的結(jié)構(gòu)的分析對比與取舍，在考慮了以上意見基礎(chǔ)以后，本次計算層間接觸條件的考慮采用了以下要求：瀝青層各層之間完全連續(xù)；瀝青層與無機結(jié)構(gòu)料穩(wěn)定集料之間，一般認為在半剛性材料未損壞之前可按連續(xù)，損壞以后按滑動計算；本次計算在瀝青層與半剛性基層間采用兩種處理：完全連續(xù)和不完全連續(xù)。

2.5應用軟件

本次計算采用Bisar3.0軟件.

3力學響應之瀝青層最大拉應變

取單圓荷載中心處為計算點。計算結(jié)果顯示，XX方向的拉應變大于YY方向的拉應變，故在比較分析時選取較大的拉應變進行比較研究，即XX方向的拉應變(注：X方向為道路行車方向；Y方向為道路橫斷面方向)。這里需要說明的是，由于Bisar3.0軟件本身的局限性，即可求出任意點的應變值，但要想求瀝青層內(nèi)的最拉大應變的值處于哪一點是有難度的，不過因為結(jié)構(gòu)為層狀體系，所以想確定其所在層位是可以的。

在結(jié)構(gòu)中，當瀝青層與半剛性基層間接觸狀態(tài)為完全連續(xù)狀態(tài)時，瀝青層的最大拉應變出現(xiàn)在中面層和下面層間的界面上，也即瀝青層的最大拉應變的位置并不在瀝青層底；當接觸狀態(tài)為不完全連續(xù)時，瀝青層的最大拉應變出現(xiàn)在瀝青層底。這一信息反饋的是：

（1）當層間為完全接觸狀態(tài)時，瀝青層先產(chǎn)生疲勞開裂的位置并不在瀝青層底，而很大可能出現(xiàn)于中面層與下面層相疊面附近。那么，當其他控制指標都滿足要求時，完全可以通過瀝青混合料的極限彎拉應變來控制瀝青層發(fā)生疲勞開裂的位置，也即可以把瀝青層的疲勞開裂控制在中面層。

（2）當層間為不完全接觸狀態(tài)時，瀝青層的最大拉應變出現(xiàn)于瀝青層底，疲勞裂縫自下而上。也即要想防止瀝青層疲勞開裂必須采取方法提高下面層的抗疲勞性能，以此來控制疲勞開裂。

4結(jié)語

通過計算分析可以知道在我國的長壽命路面結(jié)構(gòu)中瀝青層與半剛性基層間的接觸狀態(tài)對這一指標是有很大影響的。因此實際設(shè)計和施工時，應該盡量使得層間接觸更接近完全連續(xù)狀態(tài)，這樣可以使得瀝青層最大拉應變位置重新分布和減小瀝青層底的拉應變。

我國在“七五”“八五”期間，對大量的對半剛性基層瀝青路面進行了研究后發(fā)現(xiàn)，由于半剛性基層不可能避免的會發(fā)生開裂，因此瀝青層與其間的接觸狀態(tài)基本是不完全接觸的。也即在反省我國傳統(tǒng)的“強基溥面”半剛性基層瀝青路面后，現(xiàn)在更多的采用長壽命路面結(jié)構(gòu)形式三層瀝青層結(jié)構(gòu)形式時，要防止瀝青層的疲勞開裂就需要控制瀝青層底的拉應變。

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