諶及時(shí)，唐啟文

(1.長沙市寧鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會，長沙 410600;2.江西恒信工程檢測集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330013)

0 引 言

隨著溫度的變化，瀝青混合料的力學(xué)性能及行為隨之產(chǎn)生變化，尤其在夏季高溫條件下，瀝青混合料勁度模量降低，在荷載作用下會發(fā)生車轍、推擠等病害。準(zhǔn)確預(yù)測瀝青路面溫度場分布情況，可以為道路設(shè)計(jì)提供最不利參數(shù)，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)層及材料設(shè)計(jì)組合，保障瀝青混合料在使用過程中的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性，同時(shí)對分析和減少路面結(jié)構(gòu)病害提供理論依據(jù)，具有非常重要的意義。

1 瀝青路面溫度場分析的基本理論

2 瀝青路面溫度場有限元模型

2.1 路面結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)

選取瀝青路面結(jié)構(gòu)為：上面層為SMA-13，中面層為AC-20，下面層為AC-25，基層為水泥穩(wěn)定碎石。

通過查找資料，得到當(dāng)?shù)仫L(fēng)速為3.0 m/s，并將測得的夏季1 d 24 h代表溫度如表1所示，材料熱參數(shù)如表2所示

表1 夏季1 d 24 h代表氣溫

表2 路面溫度場熱屬性參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果及瀝青路面溫度場分析

將模型提交計(jì)算并得到路面結(jié)構(gòu)在不同時(shí)刻溫度場分布情況，其中瀝青路面在12∶00、24∶00二個(gè)時(shí)間段內(nèi)不同位置處溫度分布云圖如圖1、圖2所示，可以看出，隨著時(shí)間的增加，路面結(jié)構(gòu)層溫度逐漸向下傳遞。

圖1 12∶00路面溫度分布圖

圖2 24∶00路面溫度分布圖

分析路面不同結(jié)構(gòu)層在24 h內(nèi)溫度變化規(guī)律如圖3所示，由圖可知，路面內(nèi)部溫度場隨著外界氣溫的變化而變化，這種影響主要發(fā)生在瀝青面層和基層部位。距離路表越近，結(jié)構(gòu)溫度隨氣溫變化越明顯，結(jié)構(gòu)層溫度變化隨著距離路邊深度增加而降低。路表溫度日波動最大，約為30 ℃，中面層和下面層頂部溫度波動依次約為22 ℃、15 ℃，而水泥穩(wěn)定碎石基層頂部氣溫波動約為10 ℃，基層底部(土基頂部)氣溫波動最小，約為0.21 ℃，可以看出，在低溫條件下，瀝青路面低溫開裂主要是由于瀝青面層低溫收縮導(dǎo)致。路表最高溫度出現(xiàn)在14∶00左右，最低溫度出現(xiàn)在5∶00左右，隨著路面深度的增加，各結(jié)構(gòu)層頂部最高溫度出現(xiàn)一定的延遲，且個(gè)結(jié)構(gòu)層頂與上面層頂部相比延遲相位差逐漸增加。對于周期變化的氣溫，其對瀝青路面的影響深度月為40～50 cm，且上面層的波動最劇烈。圖4為一天內(nèi)代表時(shí)刻距離路面以下不同深度處的溫度變化規(guī)律，由圖4可知，中午12∶00時(shí)隨著距離路面深度的增加，溫差最大，而凌晨4∶00時(shí)時(shí)溫差最小。

圖3 路面各結(jié)構(gòu)層溫度變化規(guī)律

圖4 路面以下不同深度溫度變化曲線

4 計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比

將有限元模型計(jì)算出的瀝青路面溫度場分布與第三章現(xiàn)場實(shí)測路面溫度場分布對比如圖5所示，從圖5中可以看出，利用有限元計(jì)算得到的瀝青路面各結(jié)構(gòu)層頂部溫度與現(xiàn)場實(shí)測各結(jié)構(gòu)層峰值溫度、溫度變化趨勢以及不同結(jié)構(gòu)層最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻的相位差基本吻合，從而可以驗(yàn)證瀝青路面溫度場有限元計(jì)算模型的正確性與適用性，為接下來進(jìn)行瀝青路面車轍計(jì)算提供可靠的基礎(chǔ)。

圖5 各測點(diǎn)計(jì)算溫度與實(shí)測溫度對比

5 小 結(jié)

通過ABAQUS有限元法對瀝青路面結(jié)構(gòu)在日周期變化氣溫條件下的溫度場分布規(guī)律進(jìn)行模擬計(jì)算，并與現(xiàn)場實(shí)測路面結(jié)構(gòu)層溫度場分布進(jìn)行對比驗(yàn)證，可以得出以下結(jié)論：

(1)一天當(dāng)中路面表層最高氣溫出現(xiàn)在14∶00左右，最低氣溫出現(xiàn)在6∶00左右，隨著路面結(jié)構(gòu)深度的增加，結(jié)構(gòu)最高溫度逐漸下降，而最低溫度卻逐漸增加。

(2)隨著路面結(jié)構(gòu)層深度的增加，各結(jié)構(gòu)層溫度變化規(guī)律大體相同，但是最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間相對于路面表層而言逐漸推遲，且相位差逐漸增加。

(3)氣溫變化對于路面結(jié)構(gòu)的影響主要在基層及以上層位，對于土基且距離表面越近，氣溫變化幅度越大，晝夜溫差越明顯。而氣溫變化對于土基而言影響較小，隨著氣溫的規(guī)律變化，土基溫度幾乎為水平趨勢，瀝青路面面層結(jié)構(gòu)是在溫度變化過程中產(chǎn)生車轍、推移等病害的主要部位。