楊賀啟

(武漢工程大學(xué) 湖北 武漢 430000)

基于瀝青路面結(jié)構(gòu)層模量組合的路面疲勞壽命研究

楊賀啟

(武漢工程大學(xué) 湖北 武漢 430000)

考慮路面各結(jié)構(gòu)層不同的模量組合，建立不同路面結(jié)構(gòu)的有限元模型，分析路面結(jié)構(gòu)不同模量組合對(duì)于瀝青面層最大拉伸微應(yīng)變影響規(guī)律，從而得出不同模量組合對(duì)路面疲勞壽命的影響。結(jié)果表明：面層與基層模量組合對(duì)路面結(jié)構(gòu)受力的影響非常顯著，當(dāng)面層與基層模量相近時(shí)，路表最大拉應(yīng)變和瀝青層層底最大拉應(yīng)變均較小，此時(shí)路面疲勞壽命較大。瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí)，課通過調(diào)節(jié)不同的路面結(jié)構(gòu)模量組合，使路面結(jié)構(gòu)處于較好的受力狀態(tài)，以大道延長(zhǎng)路面的疲勞壽命的效果。

瀝青路面；模量；微應(yīng)變；疲勞壽命

一、前言

隨著道路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累和對(duì)路面結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)得不斷變化，現(xiàn)代路面結(jié)構(gòu)組合方式趨于多樣化。除以半剛性基層為代表的“強(qiáng)基薄面”路面結(jié)構(gòu)形式，倒裝路面結(jié)構(gòu)和柔性基層路面結(jié)構(gòu)也漸漸得到應(yīng)用，從而造成路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜。不同的路面結(jié)構(gòu)形式，會(huì)對(duì)路表最大拉應(yīng)變和瀝青層層底最大拉應(yīng)變產(chǎn)生不同的影響，因而路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命也會(huì)不同。

二、研究方法

采用不同的路面結(jié)構(gòu)層模量組合，建立有限元模型，分別計(jì)算計(jì)算瀝青層的最大微應(yīng)變，然后預(yù)測(cè)路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，從而確定抗疲勞性能較好的結(jié)構(gòu)層模量組合方式。

(一)結(jié)構(gòu)組合方案

為了比較不同的瀝青路面結(jié)構(gòu)組合方式的力學(xué)影響特性和使用性能，選用相同的路面結(jié)構(gòu)層厚度，到考慮不同的模量組合。該研究所采用的路面結(jié)構(gòu)組合如表1所示。

表1 面層、基層材料參數(shù)

(二)有限元模型建立

本研究采用ANSYS建立路面三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析。該路面結(jié)構(gòu)模型在計(jì)算機(jī)硬件允許的條件下應(yīng)該是越大越合理，然而模型不可能無限大。因此，建立的模型基于以下兩個(gè)條件：一方面為了使計(jì)算模型的大小能使計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確；另外一方面，由于ANSYS為大型的計(jì)算分析軟件，在計(jì)算分析的過程中對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件要求較為高，故必須在保證結(jié)果準(zhǔn)確的情況下，使該模型在計(jì)算分析的過程中盡量小，盡量減少對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的消耗。有限元計(jì)算模型如圖2。

圖1 有限元計(jì)算模型

三、 瀝青層最大微應(yīng)變計(jì)算及路面疲勞壽命分析

利用路面有限元模型，在瀝青路面不同面層與基層模量組合下，分別計(jì)算不同面層厚度下路表最大拉應(yīng)變和瀝青層層底最大拉應(yīng)力，并以此對(duì)路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命作出分析。

當(dāng)基層模量較大而面層模量較小時(shí)(圖4)，隨瀝青層厚度增加，路表最大拉應(yīng)變逐漸變大，瀝青層層底最大拉應(yīng)變逐漸減小。在這種模量組合下，由于路表最大拉應(yīng)力較大，路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命會(huì)比較小，路面將很快出現(xiàn)疲勞破壞。

當(dāng)基層模量較小而面層模量較大時(shí)(圖5)，隨瀝青層厚度增加，路表最大拉應(yīng)變和瀝青層層底最大拉應(yīng)變均逐漸減小。在這種模量組合下，路表最大拉應(yīng)力也較大，路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命也會(huì)比較小，路面將很快出現(xiàn)疲勞破壞。

當(dāng)基層模量與面層模量相當(dāng)時(shí)(圖6)，隨瀝青層厚度增加，路表最大拉應(yīng)變和瀝青層層底最大拉應(yīng)變均較小。在這種模量組合下，路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命較大。

圖4 結(jié)構(gòu)C計(jì)算結(jié)果

四、 結(jié)論

(1)瀝青面層厚度對(duì)瀝青結(jié)構(gòu)層的受力狀況有較大影響。

(2)不同的路面結(jié)構(gòu)層模量組合，路面的受力狀態(tài)也會(huì)有明顯變化。面層與基層的模量均不是越大越好，也不是越小越好，只有當(dāng)面層與基層模量相當(dāng)水平時(shí)，路面結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)相對(duì)較好，此時(shí)路面結(jié)構(gòu)的疲勞破壞也會(huì)得到有限的控制。

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楊賀啟(1991-)，男，漢族，河南漯河人，學(xué)生，工學(xué)碩士，武漢工程大學(xué)橋梁與隧道專業(yè)，研究方向：道路工程。