黃銳標(biāo)
(潮州市第二建筑安裝總公司)
瀝青路面中級(jí)配碎石上基層受力特性分析
黃銳標(biāo)
(潮州市第二建筑安裝總公司)
為分析復(fù)合式基層瀝青路面中級(jí)配碎石上基層的受力特性,采用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行分析,得出級(jí)配碎石三向應(yīng)力的最大值一般發(fā)生在級(jí)配碎石層頂面或底面的輪胎中心或輪隙中心位置,級(jí)配碎石在復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中并不是三向應(yīng)力越大使用效果越好,而是水平應(yīng)力大,豎向應(yīng)力小級(jí)配碎石的非線性才能很好的發(fā)揮。
復(fù)合式基層瀝青路面;級(jí)配碎石;受力特性
我國(guó)高速公路大量采用半剛性基層,不可避免產(chǎn)生大量的反射裂縫,以致在通車初期就產(chǎn)生較嚴(yán)重的早期破壞現(xiàn)象,為防止該現(xiàn)象產(chǎn)生,提出復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu),即在瀝青面層和半剛性基層之間設(shè)置級(jí)配碎石上基層,以此改善現(xiàn)有路面使用性能。作為過渡層的級(jí)配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的三向受力狀態(tài)如何,決定該層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),并是制定三軸試驗(yàn)應(yīng)力條件的關(guān)鍵。采用有限元軟件對(duì)作為上基層的級(jí)配碎石進(jìn)行力學(xué)分析,得出其在路面中的實(shí)際受力狀態(tài),明確各因素對(duì)三向應(yīng)力的影響規(guī)律及范圍,為三軸試驗(yàn)和模量推薦提供條件。
計(jì)算過程中采用四層結(jié)構(gòu)體系,雙圓荷載,層間完全連續(xù),各層材料參數(shù)按規(guī)范取值,路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取如表1所示。
表1 路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取
按表1的路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)選取對(duì)作為上基層的級(jí)配碎石進(jìn)行敏感性分析,得出不同面層厚度的級(jí)配碎石三向應(yīng)力范圍,為三軸剪切試驗(yàn)提供理論依據(jù)。其中計(jì)算結(jié)果中,應(yīng)力水平拉為負(fù),壓為正。
為了解級(jí)配碎石在路面結(jié)構(gòu)中的受力特點(diǎn),對(duì)面層厚度為15 cm的典型路面結(jié)構(gòu)分析其沿路面水平和深度方向三向應(yīng)力變化規(guī)律。
(1)級(jí)配碎石在整個(gè)路面結(jié)構(gòu)中均受壓。
(2)豎向壓應(yīng)力的變化趨勢(shì),沿路面水平方向,隨著距輪隙中心距離的增加,出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),且在輪胎中心出現(xiàn)峰值,沿路面深度方向,隨著深度的增加,豎向壓應(yīng)力逐漸減小。
(3)水平壓應(yīng)力的變化趨勢(shì),不同深度的水平壓應(yīng)力變化由先增后減趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為減小趨勢(shì),即最大水平壓應(yīng)力由輪胎中心轉(zhuǎn)為輪隙中心位置,且由級(jí)配碎石層頂面轉(zhuǎn)化為級(jí)配碎石層底面。
通過分析可知,級(jí)配碎石三向應(yīng)力的最大值一般發(fā)生在級(jí)配碎石層頂面或底面的輪胎中心或輪隙中心位置,下面分析中取這幾個(gè)點(diǎn)的最大值為計(jì)算值,分別考慮常用面層厚度為10 cm、15 cm和20 cm時(shí)土基模量變化、級(jí)配碎石模量和厚度變化對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力的影響。
變化土基模量E0,其它參數(shù)不變,分別取土基模量為20 MPa、40 MPa、60 MPa、80 MPa、100 MPa、120 MPa。
(1)土基模量的變化對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力影響很小,隨著土基模量的增加,水平壓應(yīng)力略有減小,豎向壓應(yīng)力基本不變。
(2)在復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中,由于級(jí)配碎石層上移,離土基距離較遠(yuǎn),土基模量變化對(duì)其影響甚微,因此土基模量對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力的影響可以忽略不計(jì)。
分析級(jí)配碎石厚度和模量對(duì)級(jí)配碎石三向應(yīng)力的影響時(shí),變化或其它參數(shù)不變。分別取級(jí)配碎石厚度為10 cm、12 cm、15 cm、18 cm、20 cm、25 cm,級(jí)配碎石的模量為200 MPa、300 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa、700 MPa。
(1)隨著級(jí)配碎石厚度的增加,三向應(yīng)力均呈下降趨勢(shì),豎向壓應(yīng)力下降幅度很小,而水平壓應(yīng)力下降尤為劇烈,若提高級(jí)配碎石的三向受力條件,必須嚴(yán)格控制級(jí)配碎石厚度。
(2)級(jí)配碎石的三向應(yīng)力對(duì)其模量的變化均較敏感,隨著模量的增加,豎向壓應(yīng)力呈遞增趨勢(shì),水平壓應(yīng)力呈遞減趨勢(shì)。
級(jí)配碎石在復(fù)合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)中并不是三向應(yīng)力越大使用效果越好,而是水平應(yīng)力大,豎向應(yīng)力小級(jí)配碎石的非線性才能很好的發(fā)揮。水平應(yīng)力的提高,有助于提高級(jí)配碎石的模量,降低瀝青面層底面的疲勞破壞,小的豎向應(yīng)力可以避免級(jí)配碎石壓密變形和剪切破壞,降低路表的車轍,因此,提高級(jí)配碎石的使用性能,應(yīng)從增加其水平應(yīng)力和減小其豎向應(yīng)力兩方面入手。通過上面的分析可知,增加水平應(yīng)力應(yīng)從控制級(jí)配碎石的厚度和半剛性基層厚度與模量入手,降低豎向應(yīng)力應(yīng)從增加瀝青層厚度入手。
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U416.214
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1008-3383(2012)11-0117-01
2012-06-11