黃金龍，蔡葉瀾

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福建 福州 350000)

?

移動(dòng)恒載下設(shè)置隔裂夾層的復(fù)合式路面動(dòng)力響應(yīng)分析

黃金龍，蔡葉瀾

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福建 福州 350000)

級(jí)配碎石防反技術(shù)具有較好地防止“白改黑”路面反射裂縫的作用。將微黏結(jié)級(jí)配碎石引用到“白改黑”加鋪結(jié)構(gòu)中，通過(guò)建立ABAQUS三維有限元加鋪結(jié)構(gòu)模型，并采用黏彈性人工邊界，分析了移動(dòng)恒載作用下設(shè)置隔裂夾層的復(fù)合式路面動(dòng)力響應(yīng)。分析表明：設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層可以顯著減弱瀝青加鋪面層的動(dòng)力響應(yīng)；根據(jù)接縫處面層層底最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力變化規(guī)律，建議設(shè)置夾層的瀝青加鋪厚度宜為15 cm；將夾層置于具有一定剛度的下臥層之上，更能發(fā)揮其隔裂效果；夾層模量在一定程度上影響著瀝青加鋪面層的動(dòng)力響應(yīng)特性，并且存在著一個(gè)最佳模量范圍，約在584 MPa左右，使得面層的剪應(yīng)力達(dá)到最小；夾層厚度對(duì)瀝青加鋪面層層底剪應(yīng)力影響不大，建議夾層厚度設(shè)計(jì)在15 cm左右。

道路工程；隔裂夾層；復(fù)合式路面；動(dòng)力響應(yīng)；黏彈性人工邊界

0 引 言

近10多年來(lái)，我國(guó)許多省市將級(jí)配碎石引入到舊水泥混凝土路面的加鋪升級(jí)改造工程中[1]，且以普通公路應(yīng)用更為廣泛。級(jí)配碎石具有較強(qiáng)的應(yīng)力消散作用，被用作半剛性基層的過(guò)渡材料[2]。目前就級(jí)配碎石隔裂夾層防裂機(jī)理、防反效果、夾層力學(xué)性能等反面取得了一定的成果。張雅濤[3]運(yùn)用數(shù)值分析方法驗(yàn)證了級(jí)配碎石具有緩解舊板接縫處應(yīng)力集中、降低舊水泥板的溫度應(yīng)力與翹曲應(yīng)力；楊斌等[4]通過(guò)室內(nèi)足尺疲勞試驗(yàn)，得到級(jí)配碎石的防反效果優(yōu)于玻纖格柵、土工布等其他幾種防裂夾層。仇為波[5]通過(guò)建立三維有限元模型，對(duì)比了設(shè)置不同厚度級(jí)配碎石隔裂夾層的瀝青加鋪結(jié)果的荷載與溫度耦合應(yīng)力情況。分析表明：設(shè)置了10 cm級(jí)配碎石隔裂夾層，瀝青加鋪層層底的耦合應(yīng)力得到最大幅度降低。張洪剛等[6]通過(guò)有限元和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路研究方法，對(duì)舊水泥路面碎石化設(shè)置級(jí)配碎石層后加鋪瀝青面層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。研究表明：級(jí)配碎石夾層模量取600 MPa，厚度取15～30 cm，瀝青加鋪面層厚度取9 cm較為合適。

綜合以上，級(jí)配碎石隔裂夾層防反技術(shù)已在國(guó)內(nèi)舊水泥路面加鋪瀝青路面的升級(jí)改造中得到了推廣應(yīng)用，理論與實(shí)踐也證明了級(jí)配碎石隔裂夾層的防反效果。但級(jí)配碎石材料作為一種不摻入任何結(jié)合料的粒料材料，其強(qiáng)度與質(zhì)量易受到材料、機(jī)械設(shè)備、施工組織、技術(shù)人員等方面的綜合影響，路用性能難以保障控制。

近年來(lái)，鄧延權(quán)、田小革等[7-8]提出了低劑量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的概念，并進(jìn)行了相應(yīng)的室內(nèi)外試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：提出在優(yōu)質(zhì)的級(jí)配碎石中摻入微量(2.0%～2.5%)的水泥，能在很大程度上改善混合料的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。

基于以上，筆者將微黏結(jié)級(jí)配碎石運(yùn)用于“白改黑”加鋪結(jié)構(gòu)中。微黏結(jié)級(jí)配碎石即為低劑量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，水泥劑量為1%～3%。討論了在移動(dòng)恒載作用下設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層，對(duì)“白改黑”路面的動(dòng)力響應(yīng)特性，為微黏結(jié)級(jí)配碎石材料在加鋪結(jié)構(gòu)的運(yùn)用提供相關(guān)的建議。

1 計(jì)算模型參數(shù)與取值

1.1 模型尺寸

基于文獻(xiàn)[9] 不同尺寸模型計(jì)算誤差分析結(jié)果，并綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率，得到ABAQUS計(jì)算模型尺寸如表1。其中，無(wú)特殊說(shuō)明，舊板橫向接縫寬度均取1 cm，擴(kuò)展深度至上而下24 cm。

表1 模型尺寸Table 1 Model size cm

對(duì)于舊板打裂壓穩(wěn)后的混凝土板計(jì)算模型基于文獻(xiàn)[10] 提出舊水泥板打裂的合理尺寸為80～100 cm，因此將舊水泥板塊打裂壓穩(wěn)后的板塊尺寸取為100 cm×90 cm，如圖1(b)。

對(duì)于舊板碎石化處理后的混凝土板計(jì)算模型參考文獻(xiàn)[11] 中將混凝土層分為碎石化上層和下層，其中碎石化上層類(lèi)似于級(jí)配碎石，厚度為14 cm；碎石化下層為厚度為10 cm的未完全斷開(kāi)水泥混凝土板塊，如圖1(c)。

圖1 舊水泥板尺寸示意(單位：cm)Fig. 1 Size sketch of old concrete plate

1.2 模型網(wǎng)格

單元類(lèi)型：采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元(C3D8R單元)模擬。

單元總數(shù)：在加鋪瀝青面層、隔裂夾層、舊水泥混凝土板、水穩(wěn)基層和移動(dòng)恒載輪跡線等進(jìn)行局部網(wǎng)格加密處理，模型單元總數(shù)為38 764個(gè)。

1.3 基本假定

1) 各結(jié)構(gòu)層為均勻、連續(xù)、各向同性的線彈性體，不考慮自重的影響。

2) 層間接觸假定：無(wú)特殊說(shuō)明，路面各結(jié)構(gòu)層層間采用完全連續(xù)模型。

3) 無(wú)特殊說(shuō)明，舊板橫縫不設(shè)傳力桿、接縫無(wú)填縫料、板底無(wú)脫空，接縫不傳荷。

4) 舊板打裂壓穩(wěn)后板塊裂縫界面接觸設(shè)置為一般接觸[11]，只傳遞剪應(yīng)力，不傳遞彎矩與拉應(yīng)力，且按最不利情況考慮，界面摩擦因數(shù)取為0。

1.4 模型邊界

對(duì)于舊水泥混凝土板和基層，不考慮路面板接縫間的傳荷作用，但考慮其他路面板及硬路肩的水平約束作用，因而在路面板及基層四周設(shè)法向約束。此外，在土基層位考慮消除有限元計(jì)算帶來(lái)的回波效應(yīng)，因此在其四周及底部設(shè)彈簧阻尼器單元，引入集中黏彈性人工邊界模擬輻射阻尼。彈簧阻尼器單元的相關(guān)系數(shù)參考文獻(xiàn)[12]，其中在波源到人工邊界的距離簡(jiǎn)化為波源到人工邊界上各節(jié)點(diǎn)的距離，并假設(shè)散射波的入射方向與人工邊界法向之間的夾角為0，再結(jié)合土基的材料及模型參數(shù)，確定人工邊界的系數(shù)。黏彈性人工邊界設(shè)置如圖2。

圖2 黏彈性人工邊界設(shè)置Fig. 2 Setting of visco-elastic artificial boundary

1.5 材料參數(shù)

模型各結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)一般取值(即基準(zhǔn)值)如表2。

表2 模型結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)一般取值[10，13]Table 2 Material parameter values of model structure

注①：隔裂夾層模量的基準(zhǔn)值取2%劑量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的回彈模量。根據(jù)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料模量的衰變規(guī)律，結(jié)合文獻(xiàn)[13] 室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到1%，2%，3%低劑量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的彈性模量分別取為408，584，773 MPa。

注②：舊水泥穩(wěn)定碎石基層考慮基層出現(xiàn)裂縫，模量衰減至500 MPa。

1.6 車(chē)輛荷載

1.6.1 軸型

計(jì)算采用的車(chē)輛荷載軸型為單軸雙輪組，其輪距和軸距如圖3。

圖3 單軸雙輪組軸型輪距和軸距[15] (單位：cm)Fig. 3 Wheel and axis spacing of uni-axial two-wheel group

1.6.2 輪胎接地壓強(qiáng)

根據(jù)文獻(xiàn)[14] 可知，不同單軸雙輪組后軸輪胎接地壓強(qiáng)與后軸軸重的關(guān)系大致如表3。

表3 單軸雙輪組后軸輪胎接地壓強(qiáng)[15]Table 3 Rear tire pressure of uni-axial two-wheel group[15]

1.6.3 荷載作用面積

由于輪胎橫向剛度較大，輪胎接地寬度基本為一定值，不受充氣壓力和負(fù)荷條件影響。隨著軸重增加，輪胎變長(zhǎng)，愈偏離圓形荷載假設(shè)，接近矩形假設(shè)。

根據(jù)文獻(xiàn)[14] 實(shí)測(cè)結(jié)果，輪胎接地寬度約為22 cm?；诰匦屋喬プ饔妹娣e假定，則單軸雙輪組后軸輪胎長(zhǎng)度可按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：F為后軸軸重，N；P為輪胎接地壓強(qiáng)，MPa。

因此，不同后軸軸重的輪胎接地長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果如表4。

表4 單軸雙輪組后軸輪胎接地長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of the length of rear tire uni-axial two-wheel group

1.6.4 加載位置

忽略不平整影響，模擬車(chē)輛在一定速度下，車(chē)輛自重的移動(dòng)恒載對(duì)復(fù)合式路面的動(dòng)力響應(yīng)，其行駛軌跡選擇沿舊板板邊軸線，如圖4。

圖4 移動(dòng)恒載行駛軌跡Fig. 4 Track of moving constant load

1.6.5 行駛速度

目前道路上車(chē)輛行駛速度值一般為40～120 km/h，因此筆者選擇60 km/h作為移動(dòng)恒載行駛速度的基準(zhǔn)值，并在ABAQUS用戶(hù)子程序位置將移動(dòng)恒載行駛軌跡導(dǎo)入。

2 加鋪結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析

筆者主要對(duì)不同車(chē)輛行駛速度、車(chē)輛軸載、瀝青加鋪層厚度、舊板破碎情況、隔裂夾層模量與厚度下加鋪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，參數(shù)取值如表5。

表5 主要參數(shù)變量及其敏感性取值范圍Table 5 Main parameter variables and range of their sensitivity values

2.1 車(chē)輛行駛速度

圖5與圖6分別給出了不設(shè)與設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層的加鋪結(jié)構(gòu)下，瀝青面層接縫處的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力在不同車(chē)輛行駛速度下的動(dòng)力時(shí)程曲線。

由圖5與圖6可以看出：

1) 接縫處加鋪面層層底的最大主應(yīng)力隨著車(chē)輛行駛速度的增大變化不大。對(duì)于不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，當(dāng)車(chē)速為40～120 km/h時(shí)，最大主應(yīng)力大約為0.29 MPa；對(duì)于設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，當(dāng)車(chē)速為40～120 km/h時(shí)，最大主應(yīng)力大約為0.03 MPa，約為不設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)面層層底最大主應(yīng)力的1/10。

圖5 不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)在不同行駛速度下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 5 Dynamic response of the asphalt overlay structure without interlayer under different speed

圖6 設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)在不同行駛速度下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 6 Dynamic response of the asphalt overlay structure with interlayer under different speed

2) 接縫處加鋪面層層底的最大剪應(yīng)力隨著車(chē)輛行駛速度的增大而減小。對(duì)于不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，當(dāng)車(chē)速為40 km/h時(shí)，最大剪應(yīng)力為0.785 MPa，當(dāng)車(chē)速為120 km/h時(shí)，最大剪應(yīng)力為0.671 MPa，因此當(dāng)車(chē)速?gòu)?0 km/h提升到120 km/h時(shí)，不設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)面層層底最大剪應(yīng)力減小14.5%；對(duì)于設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，當(dāng)車(chē)速為40 km/h時(shí)，最大剪應(yīng)力為0.173 MPa，當(dāng)車(chē)速為120 km/h時(shí)，最大剪應(yīng)力為0.132 MPa，因此當(dāng)車(chē)速?gòu)?0 km/h提升到120 km/h時(shí)，設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)面層層底最大剪應(yīng)力減小23.7%，同時(shí)約為不設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)面層層底最大剪應(yīng)力的1/5左右。

綜合以上，設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層可以顯著降低不同車(chē)輛行駛速度下瀝青加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力。

2.2 車(chē)輛軸載

圖7與圖8分別給出了不設(shè)與設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層的加鋪結(jié)構(gòu)下，瀝青面層接縫處的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力在不同車(chē)輛軸載下的動(dòng)力時(shí)程曲線。

圖7 不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)在不同車(chē)輛軸載下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 7 Dynamic response of the asphalt overlay structure without interlayer under different vehicle axle load

圖8 設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)在不同車(chē)輛軸載下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 8 Dynamic response of the asphalt overlay structure with interlayer under different speed

由圖7與圖8可以看出：

1) 接縫處加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力隨著車(chē)輛軸載的增大而顯著增大。

2) 對(duì)于不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，當(dāng)車(chē)輛軸載為10 t時(shí)，最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力分別為0.263、0.695 MPa；當(dāng)車(chē)輛軸載增大到25 t時(shí)，最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力分別為0.665、1.74 MPa，分別增大了153%、150%。

3) 對(duì)于設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，當(dāng)車(chē)輛軸載為10 t時(shí)，最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力分別為0.037 7、0.171 MPa；當(dāng)車(chē)輛軸載增大到25 t時(shí)，最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力分別為0.144、0.476 MPa，分別增大了282%、178%。

4) 對(duì)于相同軸載下，不設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)接縫處加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力分別約為設(shè)置夾層的5倍左右。

綜合以上，車(chē)輛軸載對(duì)瀝青面層的動(dòng)力影響較為顯著，設(shè)置夾層可以降低不同車(chē)輛軸載作用下瀝青加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力。

2.3 瀝青加鋪層厚度

圖9與圖10分別給出了不設(shè)與設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層的加鋪結(jié)構(gòu)下，瀝青面層接縫處的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力在不同瀝青加鋪層厚度下的動(dòng)力時(shí)程曲線。

由圖9與圖10可以看出：

1) 隨著瀝青加鋪層厚度的增大，加鋪結(jié)構(gòu)接縫處瀝青面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力不斷減小。

2) 對(duì)于不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，不同瀝青加鋪厚度下接縫處面層層底的最大主應(yīng)力表現(xiàn)為：當(dāng)加鋪厚度≤10 cm變化較大，當(dāng)加鋪厚度>10 cm后變化不大；而接縫處面層層底最大剪應(yīng)力隨著加鋪厚度的增大而減小，并在加鋪厚度≤18 cm表現(xiàn)較為顯著。

3) 對(duì)于設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，接縫處面層層底最大主應(yīng)力隨著加鋪厚度的增大先減小，在加鋪厚度為15 cm后基本趨于穩(wěn)定不變；而接縫處面層層底最大剪應(yīng)力隨著加鋪厚度增大而減小，減小幅度隨著加鋪厚度的增大逐漸變小。

4) 對(duì)于任一加鋪厚度，不設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)接縫處加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力分別約為設(shè)置夾層的8倍與4倍左右。

綜合以上，設(shè)置夾層可以大大降低瀝青加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力。根據(jù)接縫處面層層底最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力變化規(guī)律，建議設(shè)置夾層的瀝青加鋪厚度宜為15 cm。

圖9 不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)在不同加鋪厚度下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 9 Dynamic response of the asphalt overlay structure without interlayer under different overlay thickness

圖10 設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)在不同加鋪厚度下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 10 Dynamic response of the asphalt overlay structure with interlayer under different overlay thickness

2.4 舊板破碎情況

為揭示不同舊板破碎情況對(duì)瀝青加鋪路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性，分別選取不同舊板破碎情況(不破碎、打裂壓穩(wěn)、碎石化)下，計(jì)算是否設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石的加鋪結(jié)構(gòu)下瀝青面層的動(dòng)力響應(yīng)特性。

由圖11與圖12可以看出：

1) 對(duì)于不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，接縫處加鋪面層層底最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力表現(xiàn)為：不破碎最大，打裂壓穩(wěn)次之，碎石化最小。表明縮小板塊尺寸效應(yīng)可以減小瀝青加鋪面層的動(dòng)力響應(yīng)。

2) 對(duì)于設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，接縫處加鋪面層層底最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力均表現(xiàn)為碎石化最大，不破碎最小。表明微黏結(jié)級(jí)配碎石隔裂夾層屬于軟弱夾層，當(dāng)置于具有一定剛度的下臥層之上，其消散與吸收能量的作用才能完成發(fā)揮出來(lái)。

綜合以上，舊板的破碎情況顯著影響加鋪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性。對(duì)于不設(shè)夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，舊板經(jīng)過(guò)碎石化破碎后的加鋪結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)最?。粚?duì)于設(shè)置夾層的加鋪結(jié)構(gòu)，舊板經(jīng)過(guò)碎石化破碎后的加鋪結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)最明顯。因此，應(yīng)將微黏結(jié)級(jí)配碎石隔裂夾層設(shè)置于具有一定剛度的下臥層之上。

圖11 不設(shè)夾層加鋪結(jié)構(gòu)在不同舊板破碎情況下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 11 Dynamic response of the asphalt overlay structure without interlayer under different broken conditions of old plate

圖12 設(shè)置夾層加鋪結(jié)構(gòu)在不同舊板破碎情況下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 12 Dynamic response of the asphalt overlay structure with interlayer under different broken conditions of old plate

2.5 隔裂夾層模量

圖13給出了設(shè)置不同隔裂夾層模量的加鋪結(jié)構(gòu)下，瀝青面層接縫處的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力在不同瀝青加鋪層厚度下的動(dòng)力時(shí)程曲線。

圖13 設(shè)置夾層加鋪結(jié)構(gòu)在不同隔裂夾層模量下動(dòng)力響應(yīng)Fig. 13 Dynamic response of the asphalt overlay structure with interlayer under different modulus of anti-cracking interlay

由圖13可以看出：

1) 隨著隔裂夾層模量的增大，加鋪結(jié)構(gòu)接縫處瀝青面層層底的最大主應(yīng)力表現(xiàn)為先減小后逐漸趨于穩(wěn)定不變。

2) 隨著隔裂夾層模量的增大，加鋪結(jié)構(gòu)接縫處瀝青面層層底的最大剪應(yīng)力表現(xiàn)為先減小后增大的規(guī)律，并于在隔裂夾層模量為584 MPa時(shí)，最大剪應(yīng)力達(dá)到最小值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是，當(dāng)隔裂夾層模量較低時(shí)，屬于軟弱夾層，將增大面層的剪應(yīng)力，而當(dāng)模量較大時(shí)，其帶來(lái)的動(dòng)力振動(dòng)響應(yīng)將得到相應(yīng)的增大。因而存在一個(gè)最佳模量范圍，使得面層的剪應(yīng)力達(dá)到最小。

綜合以上，隔裂夾層模量在一定程度上影響著瀝青加鋪面層的動(dòng)力響應(yīng)特性，并且存在著一個(gè)最佳模量范圍，使得面層的剪應(yīng)力達(dá)到最小。

圖14 設(shè)置夾層加鋪結(jié)構(gòu)在不同隔裂夾層厚度下的動(dòng)力響應(yīng)Fig. 14 Dynamic response of the asphalt overlay structure with interlayer under different thickness of anti-cracking interlay

2.6 隔裂夾層厚度

根據(jù)動(dòng)力時(shí)程曲線圖14可以看出：

1) 接縫處瀝青面層層底最大主應(yīng)力隨著隔裂夾層厚度的增大而增大。由于微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層屬于軟弱夾層，其厚度增大將帶來(lái)接縫處瀝青面層層底的拉應(yīng)力變大。

2) 隨著隔裂夾層厚度的變化，接縫處面層層底最大剪應(yīng)力基本保持不變。表明夾層厚度對(duì)瀝青加鋪面層層底動(dòng)力響應(yīng)中的剪應(yīng)力影響不大。

綜合以上，微黏結(jié)級(jí)配碎石隔裂夾層厚度在一定程度上對(duì)瀝青加鋪面層層底動(dòng)力響應(yīng)中的主應(yīng)力產(chǎn)生影響；對(duì)瀝青加鋪面層層底動(dòng)力響應(yīng)中的剪應(yīng)力影響不大。結(jié)合施工包容性，過(guò)薄可能不利于壓實(shí)，太厚也不利于充分碾壓。微黏結(jié)級(jí)配碎石功能夾層厚度設(shè)計(jì)在15 cm左右既能保證提高適宜的碾壓厚度又能充分發(fā)揮其隔裂效果。

3 結(jié) 論

1) 設(shè)置微黏結(jié)級(jí)配碎石夾層，可以顯著降低不同車(chē)輛行駛速度下瀝青加鋪面層層底的最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力。

2) 根據(jù)接縫處面層層底最大主應(yīng)力與最大剪應(yīng)力變化規(guī)律，建議設(shè)置夾層的瀝青加鋪厚度宜為15 cm。

3) 應(yīng)將微黏結(jié)級(jí)配碎石隔裂夾層設(shè)置于具有一定剛度的下臥層之上。

4) 隔裂夾層模量在一定程度上影響著瀝青加鋪面層的動(dòng)力響應(yīng)特性，并且存在著一個(gè)最佳模量范圍，約在584 MPa左右，使得面層的剪應(yīng)力達(dá)到最小。

5) 微黏結(jié)級(jí)配碎石隔裂夾層厚度對(duì)瀝青加鋪面層層底動(dòng)力響應(yīng)中的剪應(yīng)力影響不大，結(jié)合施工包容性，建議夾層厚度設(shè)計(jì)在15 cm左右。

[1] 李強(qiáng)，李江，孟書(shū)濤.級(jí)配碎石基層瀝青路面在舊水泥路面改造中的的應(yīng)用研究[J].公路交通科技，2007，24(10)：42- 44.

LI Qiang，LI Jiang，MENG Shutao.Application of the graded crushed stone base layer in the old cement concrete pavement overlay on reconstruction[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2007，24(10)：42- 44.

[2] MYERS L A.DevelopmentandPropagationofSurface-initiatedLongitudinalWheelPathCracksinFlexibleHighwayPavements[D].Gainesville：University of Florida，2000.

[3] 張雅濤.級(jí)配碎石過(guò)渡層在水泥路面改造中的防裂性能研究[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2006(1)：51-52.

ZHANG Yatao.Research on anti-fission performance of graded aggregate stone transitional layer in improvement of cement concrete pavement[J].Research&ApplicationofBuildingMaterials，2006(1)：51-52.

[4] 楊斌，陳拴發(fā)，王秉綱，等.級(jí)配碎石裂縫緩解層防裂機(jī)理及足尺疲勞試驗(yàn)[J].公路交通科技，2006，23(12)：37- 40.

YANG Bin，CHEN Shuanfa，WANG Binggang，et al.Anti-cracking mechanisms of graded crushed stone relief layer and the full-scale fatigue experiments[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2006，23(12)：37- 40.

[5] 仇為波.舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層防裂機(jī)理分析[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2007：102-103.

QIU Weibo.Anti-CrackMechanismAnalysisoftheOldPortlandCementConcretePavement[D].Chongqing：Chongqing Jiaotong University，2007：102-103.

[6] 張洪剛，黃慧，岳愛(ài)軍，等.舊水泥路面碎石化加鋪級(jí)配碎石與瀝青罩面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)參數(shù)研究[J].公路工程，2012，37(1)：19-23.

ZHANG Honggang，HUANG Hui，YUE Aijun.Study on structural parameters of graded broken stone and asphalt overlay after old concrete road by rubblization[J].HighwayEngineering，2012，37(1)：19-23.

[7] 鄧延權(quán)，羅竟，周志剛.水泥改性級(jí)配碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)研究[J].中外公路，2012，32(3)：76-79.

DENG Yanquan，LUO Jing，ZHOU Zhigang.Research on grading and modulus of resilience of cement modified graded gravel in pavement structure[J].ChineseandForeignHighway，2012，32(3)：76-79.

[8] 田小革，陳永興.瀝青路面水泥改性級(jí)配碎石級(jí)配與回彈模量研究[J].北方交通，2012(6)：18-20.

TAN Xiaoge，CHEN Yongxing.Research on grading and modulus of resilience of cement modified graded gravel of asphalt pavement[J].NorthTraffic，2012(6)：18-20.

[9] 吳艷.重載公路水泥混凝土路面加鋪瀝青面層技術(shù)研究[D] 福州：福州大學(xué)，2010：43- 44.

WU Yan.StudyonAsphaltOverlayonHighwayCementConcretePavementStructureunderHeavy-dutyTraffic[D].Fuzhou：Fuzhou University，2010：43- 44.

[10] 楊斌.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005：81-105.

YANG Bin.ResearchonStructureofAsphaltOverlayonOldCementConcretePavement[D].Xian：Chang’an University，2005：81-105.

[11] 黃曉明，張玉宏，李昶，等.水泥混凝土路面碎石化層應(yīng)力強(qiáng)度因子有限元分析[J].公路交通科技，2006，23(2)：52-55.

HUANG Xiaoming，ZHANG Yuhong，LI Chang，et al.Stress intensity factor analysis of PCC slab after rubblization by FEA[J].JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopment，2006，23(2)：52-55.

[12] 劉晶波，杜義欣，閆秋實(shí).黏彈性人工邊界及地震動(dòng)輸入在通用有限元軟件中的實(shí)現(xiàn)[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2007，27：37- 42.

LIU Jingbo，DU Yixin，YAN Qiushi.Viscoelastic artificial boundary and the ground motion input in the general finite element software implementation[J].JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineering，2007，27：37- 42.

[13] 黃金龍.路面加鋪微黏結(jié)級(jí)配碎石力學(xué)特性研究[D].福州：福州大學(xué)，2014：12-39.

HUANG Jinlong.MechanicalCharacteristicofPavementOverlaytheMicro-bondedGradedAggregate[D].Fuzhou：Fuzhou University，2014：12-39.

[14] 鄒雪英.福建省重載交通水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性能研究[D].福州：福州大學(xué)，2008：29- 42.

ZHOU Xueying.StudyonPerformanceofCementConcretePavementStructureonHighwayunderHeavy-dutyTraffic[D].Fuzhou：Fuzhou University，2008：29- 42.

(責(zé)任編輯：朱漢容)

Dynamic Response of Composite Pavement with Anti-cracking Interlayer Subjected to Moving Constant Load

HUANG Jinlong，CAI Yelan

(Fuzhou Planning Design & Research Institute，F(xiàn)uzhou 350000，F(xiàn)ujian，P.R.China)

The anti-reflection-crack technology of graded gravel has a good effect on preventing the reflection crack of “white to black” pavement.The micro-bonded graded gravel was applied in the structure of “white to black” pavement.In order to study the dynamic response of composite pavement with anti-cracking interlayer under the moving constant load，a three-dimensional finite element model of asphalt overlay with anti-cracking interlayer was developed by ABAQUS.And the visco-elastic artificial boundaries were adopted in the model.The analysis results indicate that：the dynamic response of asphalt overlay can be significantly reduced by setting the micro-bonded graded gravel interlayer.According to the change rules of the maximum principal stress and the maximum shear stress at the joint bottom of asphalt layer，the asphalt overlay thickness of the interlayer is suggested to be 15cm.It can be more effective in anti-cracking，if the interlayer is set on the bottom layer with a better stiffness.The dynamic response of the asphalt overlay can be influenced by the modulus of the interlayer，to some extent.The minimum shear stress of the surface can be reached under the best modulus which is about 584 MPa.The thickness of the interlayer has little influence on the bottom layer shear stress of asphalt pavement，and the thickness of the interlayer is suggested to be 15 cm.Key words：highway engineering; anti-cracking interlayer; composite pavement; dynamic response; visco-elastic artificial boundary

2016-02-20；

2016-05-13

黃金龍(1989—)，男，福建泉州人，工程師，碩士，主要從事路面研究方面的工作。E-mail：hjl_0926@126.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.06.05

U416

A

1674-0696(2017)06-030-08