重載作用下瀝青路面彎沉軸載換算指數(shù)的分析

張 麗 娟

(上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院,上海 201418)

重載作用下瀝青路面彎沉軸載換算指數(shù)的分析

張 麗 娟

(上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院,上海 201418)

利用bisar軟件，研究了重載作用下基于彎沉等效的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)軸載換算指數(shù)隨路面結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，并給出了推薦值。

瀝青路面，重載，彎沉，軸載換算指數(shù)

0 引言

JTG D50—2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)軸載換算的研究仍舊沿用20世紀(jì)80年代初的成果，當(dāng)時(shí)考慮的單軸荷載不大于130 kN，雙軸荷載不大于320 kN，這已不能適應(yīng)當(dāng)前重載交通實(shí)測(cè)到的軸載范圍。為了定量分析超限軸載對(duì)路面的破壞作用，本文對(duì)重載交通下瀝青路面軸載換算方法展開研究,以便在路面設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確反映重載的影響。

1 路面結(jié)構(gòu)和荷載參數(shù)

1.1 荷載參數(shù)

限于非中心對(duì)稱荷載力學(xué)計(jì)算的復(fù)雜性,布載仍采用了當(dāng)量圓方法。根據(jù)比利時(shí)公式，輪胎接地壓力和接地面積隨軸載增加的變化規(guī)律如下[1]：

A=0.008P+152

(1)

(2)

其中，A為輪胎接地面積，cm2；δ為輪胎接地面積當(dāng)量圓半徑，m；P為每個(gè)輪胎所受的荷載，kN；p為輪胎接地壓力，MPa。

1.2 路面結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)

據(jù)調(diào)研，結(jié)合上海的現(xiàn)狀和材料供應(yīng)，將典型結(jié)構(gòu)定為四層體系，即：瀝青混合料面層、二灰碎石三渣基層、灰土底基層或礫石砂墊層、土基。其中，從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面考慮，上海瀝青面層典型結(jié)構(gòu)大部分采用9 cm～12 cm雙層式，由細(xì)粒式瀝青混凝土與粗粒式瀝青混凝土組成；在交通量大，道路等級(jí)高的采用15 cm三層式。具體路面結(jié)構(gòu)見文獻(xiàn)[2]。路面各結(jié)構(gòu)層視為各向同性線彈性材料,各層材料的取值參考現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范。

2 重載作用下瀝青路面軸載換算指數(shù)的求解

2.1 以彎沉為指標(biāo)的軸載換算原理

首先應(yīng)設(shè)法從理論上得到不同軸載作用下彎沉比l1/l2的簡(jiǎn)化公式,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的分析和實(shí)測(cè)證明[3],對(duì)單后軸雙輪組的主要車型,其公式的可能形式:

(3)

或者:

(4)

然后與設(shè)計(jì)指標(biāo)的容許彎沉值lR即路表彎沉的疲勞規(guī)律相聯(lián)系，例如容許彎沉值的公式為:

lR=AN-c

(5)

則不同軸載的容許彎沉值比為:

(6)

根據(jù)軸載換算等效原則,按Ⅰ型軸作用N1次后的容許彎沉值設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu),應(yīng)與按Ⅱ型軸作用N2次的容許彎沉值設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)相同,所以lR1/lR2必然等于同一路面結(jié)構(gòu)上Ⅰ型軸與Ⅱ型軸作用的彎沉比l1/l2。即:

(7)

以式(7)代入式(4)得：

(8)

此即以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí),軸載換算的形式。根據(jù)資料,此處c=0.2。

2.2 軸載換算方法的建立

計(jì)算對(duì)象及荷載圖示確定后，將每一個(gè)荷載圖示施加到各路面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行彈性層狀體系理論力學(xué)計(jì)算。根據(jù)軸載調(diào)查的結(jié)果，單軸雙輪軸載上限為235 kN。所以，計(jì)算過(guò)程中，對(duì)每一結(jié)構(gòu)和荷載圖示選取軸載范圍為130 kN～235 kN，間隔為20 kN，算得的所有130 kN以上軸重作用下彎沉值、基層層底拉應(yīng)力，與標(biāo)準(zhǔn)軸載100 kN彎沉值、基層層底拉應(yīng)力及各自的軸荷參數(shù)共同代入式(3)，式(4)，分別計(jì)算a,b。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

表1 不同交通量等級(jí)下的干線公路典型瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算統(tǒng)計(jì)情況

表1為上海市不同交通量等級(jí)下的干線公路典型瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)值，從表1中可看出，當(dāng)軸載大于130 kN時(shí)，指數(shù)a,b值較為穩(wěn)定，均值之間的差異多在0.005左右，分級(jí)統(tǒng)計(jì)的變異系數(shù)多在1.0%以下，最大僅有0.59%；適應(yīng)交通等級(jí)越大的結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)的軸載換算指數(shù)均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，但增加值很小，即基于彎沉等效的軸載換算指數(shù)對(duì)路面厚度、各層模量比不是非常敏感。

從表1可以看出，對(duì)于某種特定類型的路面結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)的a,b值偏差系數(shù)均較小，指數(shù)值較為穩(wěn)定，證明軸載推導(dǎo)公式可行。對(duì)于適應(yīng)中等交通、重交通、特重交通這三類路面結(jié)構(gòu)對(duì)比來(lái)看，路面越厚，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越高，其相應(yīng)的指數(shù)值呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),b值從1.008變化到1.016。說(shuō)明軸載換算指數(shù)隨著路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和公路等級(jí)的提高而略有增大。這一結(jié)論也和有關(guān)文獻(xiàn)相吻合[4,5]。

3 結(jié)語(yǔ)

從表1可以看出，盡管軸載換算指數(shù)隨著路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和公路等級(jí)的提高而略有增大，但因增大幅度不大，為了簡(jiǎn)化起見，對(duì)于上海干線公路典型瀝青路面結(jié)構(gòu)，軸重大于130 kN時(shí)，其基于彎沉等效的軸載換算指數(shù)可分別取其三類結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的平均值5.06。

[1] 黃文元,王旭東,孫立軍.公路超載特征及重載瀝青路面交通量參數(shù)[J].公路,2003(5)：23-33．

[2] 同濟(jì)大學(xué).上海市干線公路性能狀況分析與技術(shù)對(duì)策研究總報(bào)告[R].2009．

[3] 林繡賢.柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[M].北京:人民交通出版社,1988.

[4] 王 輝,武和平.瀝青路面按彎沉等效軸載換算的研究[J].中國(guó)公路工程學(xué)報(bào)，2003，16(1):71-73.

[5] 交通部公路科學(xué)研究所,東南大學(xué),長(zhǎng)沙交通學(xué)院.瀝青路面軸載換算標(biāo)準(zhǔn)的研究總報(bào)告[R].2000.

Onanalysisofaxleexchangeindexesfordeflectionofasphaltpavementunderheavyloading

ZhangLijuan

(CollegeofArchitecturalEngineering,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai201418,China)

The paper adopts bisar software, researches the changing law for the axle exchange index of the semi-rigid basement asphalt roadbed structure along with the roadbed structure based on the deflection equivalence under the heavy loading, and provides some recommendation value.

asphalt roadbed, heavy loading, deflection, axle exchange index

1009-6825(2017)23-0146-02

2017-06-01

張麗娟(1978- )，女，博士，講師

U416.223

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