夏正豐

（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京 210096）

基于路基頂面壓應(yīng)變的柔性基層瀝青路面軸載換算研究

夏正豐

（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京 210096）

針對柔性基層瀝青路面，利用彈性層狀體系A(chǔ)PBI程序計(jì)算了不同路面結(jié)構(gòu)在不同軸載和胎壓作用下的基層頂面壓應(yīng)變，根據(jù)軸載換算等效原則，計(jì)算出以基層頂面壓應(yīng)變?yōu)榭刂浦笜?biāo)的軸載換算指數(shù)。結(jié)果表明，不同軸重、胎壓和路面結(jié)構(gòu)對軸載換算指數(shù)影響較小，各種情況下軸載換算系數(shù)平均值為0.320；結(jié)合路基頂面容許壓應(yīng)變，計(jì)算得到基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載換算指數(shù)為1.6。

公路；柔性基層；壓應(yīng)變；軸載換算指數(shù)

JTG D50-2006《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的軸載換算公式是在對當(dāng)時已建成典型路面結(jié)構(gòu)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上提出的，側(cè)重于半剛性基層和低等級柔性基層瀝青路面，并且主要以彎沉和彎拉應(yīng)力指標(biāo)作為控制軸載換算指標(biāo)。針對瀝青路面軸載換算指標(biāo)，國內(nèi)外學(xué)者作了大量研究：王輝等根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)推導(dǎo)了彎沉等效下半剛性基層瀝青路面采用軸載比的軸載換算公式，換算結(jié)果更準(zhǔn)確且生產(chǎn)上使用更方便；孫志林利用BISAR程序計(jì)算得到基于路基頂面壓應(yīng)變的半剛性基層軸載換算系數(shù)為4.93；對于柔性基層瀝青路面，程繼順、鄧小剛等考慮柔性基層瀝青路面材料的非線性，采用粘彈性有限元法分析重載交通對柔性基層瀝青路面路表彎沉的影響，提出了軸載換算指標(biāo)，得到了柔性基層瀝青路面的軸載換算公式。國外很多組織的柔性路面設(shè)計(jì)方法采用了路基頂面壓應(yīng)變指標(biāo)，通過對路基頂面壓應(yīng)變的控制達(dá)到控制車轍和路基破壞的目的。該文利用彈性層狀體系A(chǔ)PBI程序，計(jì)算7種結(jié)構(gòu)柔性基層在不同荷載、胎壓下的路基頂面壓應(yīng)變，回歸得到基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載系數(shù)，以供參考。

1 路基頂面壓應(yīng)變軸載換算理論

根據(jù)彈性層狀體系理論，單軸雙輪組在不同軸載作用下的路基頂面壓應(yīng)變比的簡化公式為：

式中：εz1、εz2為不同軸載下路基頂面壓應(yīng)變；P1、P2為不用軸載對應(yīng)的軸重（k N）；b為軸載換算指數(shù)。

根據(jù)林繡賢提出的路基頂面容許壓應(yīng)變計(jì)算公式［見式（2）］，按照軸載換算等效原則，按Ⅰ型軸載作用N1次要求的路基頂面容許壓應(yīng)變εzd1設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)與Ⅱ型軸載作用N2次要求的路基頂面容許壓應(yīng)變εzd2設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)相同。因此，εzd1、εzd2必然等于同一路面結(jié)構(gòu)上的Ⅰ與Ⅱ軸載作用的實(shí)際路基頂面壓應(yīng)變εz1、εz2［見式（3）］。

式（4）即為路基頂面壓應(yīng)變等效時的軸載換算公式。

2 軸載換算指數(shù)的計(jì)算與結(jié)果分析

參照國內(nèi)外研究成果，選取不同結(jié)構(gòu)組合的7種柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)（見表1）進(jìn)行對比分析。利用APBI程序計(jì)算不同路面結(jié)構(gòu)在不同軸載、不同胎壓下路基頂面壓應(yīng)變，結(jié)果見表2。

從表2可看出：1）對于同一種路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)胎壓相同時，路基頂面壓應(yīng)變隨著軸載增加明顯增大，不同結(jié)構(gòu)的增加速率大致相同（見圖1）。當(dāng)軸載相同時，路基頂面壓應(yīng)變隨著胎壓的增加明顯增大，不同結(jié)構(gòu)的增加速率大致相同（見圖2）。表明軸載和胎壓對柔性基層瀝青路面路基頂面壓應(yīng)變的影響較大，胎壓對路基頂面壓應(yīng)變的影響大于軸載。2）當(dāng)軸載和胎壓相同時，不同結(jié)構(gòu)的路基頂面壓應(yīng)變略有不同，結(jié)構(gòu)4的值最小，各壓應(yīng)變值的最大差值約為3.3%。對比分析結(jié)構(gòu)1與結(jié)構(gòu)6、結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)5，路基頂面壓應(yīng)變值均相同，表明當(dāng)瀝青路面各結(jié)構(gòu)層厚度相同時，其基層模量的改變對壓應(yīng)變值沒有影響。

表1　柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

表2　20℃時不同軸載與胎壓作用下路基頂面壓應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

圖1　不同軸載下路基頂面壓應(yīng)變值

圖2　不同胎壓下路基頂面壓應(yīng)變值

以路基頂面壓應(yīng)變?yōu)榭刂浦笜?biāo)、100 k N為標(biāo)準(zhǔn)軸載，利用式（1）換算所得的軸載系數(shù)見表3。從表3可以看出：輪胎壓力的變化對軸載換算指數(shù)b的影響不明顯；基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載換算系數(shù)的平均值為1.6。

表3　20℃時以100 k N為標(biāo)準(zhǔn)軸載的軸載系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

（1）對于同一種柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，在軸載相同時，胎壓對路基頂面壓應(yīng)變的影響較大；在胎壓相同時，軸載對路基頂面壓應(yīng)變的影響也較大。產(chǎn)生同樣大小的路基頂面壓應(yīng)變所需的胎壓變化量較小，路基頂面壓應(yīng)變對胎壓的敏感性更高。

（2）基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載換算指數(shù)受胎壓、軸重及路面結(jié)構(gòu)影響較小，通過計(jì)算得到其軸載換算指數(shù)為1.6。

該文沒有考慮柔性基層瀝青路面材料的非線性特征，有待進(jìn)一步完善。

［1］ 王輝，武和平.瀝青路面按彎沉等效軸載換算的研究［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2003，16（1）.

［2］ 孫志林，黃曉明.基于路基頂面壓應(yīng)變的瀝青路面軸載換算方法［J］.公路交通科技，2007，24（7）.

［3］ 程繼順，鄧小剛，郭慶坪.柔性基層瀝青路面軸載換算方法研究［J］.路基工程，2010（2）.

［4］ 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.

［5］ 楊波.高等級公路柔性基層瀝青路面分析與設(shè)計(jì)［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

［6］ 李志遠(yuǎn)，楊成龍，吳曉峰.半柔性材料用于長壽命瀝青路面基層適用性研究［J］.公路與汽運(yùn)，2009（6）.

［7］ 孟琦.具有柔性基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)分析［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2013.

［8］ 蔣建明，張立文，羅雪坤.基于彎沉等效的柔性基層瀝青路面軸載換算原則［J］.山西建筑，2013，39（1）.

［9］ 何銳.基于實(shí)測軸載譜的瀝青路面軸載換算與設(shè)計(jì)參數(shù)研究［D］.西安：長安大學(xué)，2010.

［10］ 宋鑫，曾靖.基于應(yīng)變等效的柔性基層瀝青路面軸載換算方法研究［J］.石油瀝青，2012，26（6）.

［11］ 沈孔健.全厚式長壽命瀝青路面軸載換算方法研究［J］.石油瀝青，2012，26（1）.

［12］ 田力瓊.重軸載條件下瀝青路面軸載換算研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

［13］ 邱欣，張敏江，何桂平，等.應(yīng)用線彈性疲勞損傷理論的瀝青路面軸載換算［J］.公路交通科技，2005，22（6）.

［14］ 孟書濤，徐建偉.軸載、輪胎內(nèi)壓與軸載換算的研究［J］.公路交通科技，2004，21（6）.

［15］ 李海軍，黃曉明.重載條件下瀝青路面按彎沉等效的軸載換算［J］.公路交通科技，2004，21（7）.

［16］ 朱洪洲，唐伯明，劉伯瑩.柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)分析［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，28（6）.

U416.217

A

1671-2668（2016）05-0068-03

2016-01-20