重载交通作用下沥青路面动剪应力分析
对水泥混凝土路面上沥青路面罩面竖向剪切应力的分析
２０１０年第４期 （总第１９４期） 黑龙江交通科技
ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪｌＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．４，２０１０
（Ｓｕｍ Ｎｏ．１９４）
对水泥混凝土路面上沥青路面罩面竖向剪切应力的分析 刘 申 （河北省衡水公路工程总公司）
摘要：针对旧水泥混凝土路面沥青路面罩面结构特点，分析了沥青混凝土罩面层产生反射开裂及罩面层与 旧水泥混凝土界面产生剪切破坏的情况，并对其开裂进行了简单的力学模型分析。 关键词：旧水泥混凝土路面；沥青路面；罩面；反射开裂；剪切应力；力学模型 中图分类号：Ｕ４１６．２１７ 文献标识码：ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０４—００１０—０１
在水泥混凝土路面上进行沥青面层罩面，是改善其使用 性能和提高其承载能力的一项常用措施，然而由于旧路面层 有接缝和裂缝，沥青路面容易产生反射裂缝问题。反射裂缝 是由于旧水泥混凝土面层在接缝、裂缝附近的位移引起接 缝、裂缝上方的沥青混凝土罩面层内出现应力集中所造成 的。我国目前制定旧水泥混凝土路面上沥青路面罩面设计 规范还不是很完善，而国外罩面层厚度设计主要应用经验法 来确定，如美国沥青协会（ＡＩ）的弯沉法认为旧水泥混凝土 面层接缝（或裂缝）处的弯沉量和弯沉差是引起沥青罩面层 开裂的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度变化产生 的面层板伸缩位移的速度。因而此方法以控制接缝或裂缝 处的板边平均弯沉值和弯沉差为设计要求。沥青协会根据 旧混凝土面板的长度和当地的年平均温度差（为最热和最 冷月的日最高温度与日最低温度差的３０年平均值）提出了 沥青罩面层厚度建议表；美国陆军工程师部队（ＣＯＥ）的补足 厚度缺额法是为机场罩面层制订的设计方法，该方法按现有 地基的承载能力，计算确定满足未来交通要求所需要的面层 厚度，而旧面层厚度与此厚度的差值便为所需补充的罩面层 厚度，旧面层的厚度按面层的结构损坏情况给予不同程度的 拆减。美国ＡＡＳＨＴＯ的路面设计指南也采用补足厚度缺额 的概念确定沥青罩面层的厚度，但不考虑罩面后的旧水泥混 凝土面板的进一步开裂。上述三种设计方法均属经验设计 法，是针对某国家或地区的特殊情况提出来的，没有推广意 义，理论分析不充分。 目前罩面层出现的裂缝认为其主要破坏形式为面层的 反射开裂、层间界面的剪切破坏、过重车车辙变形三种。 这里就面层的反射开裂进行分析。 反射裂纹的扩展模式根据断裂力学原理可分为张开型 （Ｉ型）、剪切型（Ⅱ型）和撕开型模式。对于旧水泥混凝土路 面上沥青路面罩面这种结构，温度型应力对应Ｉ型，行车型 荷载对应Ⅱ型，撕开型不常见，通过分析认为，温度应力引起 反射裂纹产生并参与了裂纹发展，而荷载应力加速了裂缝进 一步扩展。 在旧水泥混凝±路面上进行沥青路面加铺，在荷载作用 下产生的反射裂缝主要是剪切型开裂 为防止这种类型的反 射裂缝，可采用降低接缝处板边弯沉差以及增加罩面层的剪 切强度的措施。在温差作用下，由于旧水泥混凝土板的收缩， 导致罩面层在接（裂）缝处产生应力突变，当其疲劳应力超过 其抗拉强度时，便在接缝对应处产生温度型反射开裂。对于 采用灌浆等处理好的旧水泥混凝土路面，在荷载作用下，与旧 水泥混凝土路面结构相当半刚性基层沥青路面采用现行沥青 路面设计程序ＡＰＤＳ计算的沥青面层底部一般不会产生拉应 力。由于旧水泥混凝土路面存在接、裂缝，会导致沥青罩面层 层底产生应力集中现象，罩面结构设置夹层可以减少沥青面 层产生的应力集中效应，且设计方法中考虑应力集中问题难 度较大，所以在沥青面层层底弯拉应力计算时未进行特别考 虑，参照现行规范进行近似计算。沥青罩面层反射裂缝的问 题主要通过温度型收缩应力和竖向剪应力考虑。但温度收缩 模型不好建立，这里只对竖向剪应力进行分析。 考虑到不可能为减少车辙变形量而减少罩面层厚度，针 对路面结构特点，通常从选择罩面层材料和进行材料组成设 计，提高其抗温缩开裂和车辙的能力、设计过程需考虑的破 坏为因荷载和温度作用而产生反射开裂和层间界面的剪切 破坏。 １设计原则 在对旧路面板处理后，进行罩面层厚度设计的目标就是 控制和减少沥青面层反射裂缝的产生。而从其产生的原因 来分析，对于张开型反射裂缝主要是由于温度收缩引起；对 于剪切型反射裂缝主要从罩面层厚度设计中来考虑。同时， 应保证在沥青罩面层与旧水泥混凝土界面不发生剪切破坏。 从罩面层类型和材料组成设计上，确保其车辙变形控制在要 求的范围内。罩面设计方法力求简单、实用，罩面层设计参 数与现行沥青路面设计规范一致。 ２设计竖向剪应力的近似计算 在荷载作用下，旧水泥混凝土路面上沥青罩面层产生的 剪切型反射裂缝，可用竖向剪切的受力状态来加以分析，车 轮作用在裂（接）缝的一侧，因而在接缝的两侧便会产生不 同的弯沉值，从而使沥青面层产生竖向剪应力。在这种剪应 力的重复作用下，如果沥青面层的抗剪切强度不够，会造成 沥青面层的反射开裂，借助接缝两侧的弯沉差、轮胎的接地 半径、接缝的宽度，提出如下竖向剪应力的计算公式。计算 简图如图１所示。
重载交通沥青混凝土路面损坏分析
上述 裂缝得 不 到及 时 地养 护 维 修 ， 动 水 的作 用 下 在 将进 一步发 展 为松 散 或 坑槽 等水 损 害 。车 辙 、 陷 沉 现象 在某些 道路 损坏 现象 中较 为突 出 。
２ ３ 行车 道路面 病 害普遍 比超 车道病 害 多 ， ． 破坏 程
Ｂｉｕ ｉ ｕ ｎｃ ｅ ｅ Ｐａ ｅ ｎ ｔ ｍ ｎｏ ｓ Ｃｏ ｒ ｔ ｖ ｍｅ ｔ
Ｚ Ｎ ｉ ｊａ ＨＡ Ｇ Ｌ — ｕｎ
２ １ 重 载沥 青路面 早期 损 害现象 较为 突 出 ．
（ ｒｈｔ ｔ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｉｓ ｔｔ， ｈ ｎｈ ｉＮ ｒ ｌ Ａ ｃ ｉ ｃ ｒｌ ｎ ｉ ｅｉ ｎｔｕｅ Ｓ ａ ｇａ ｏｍａ ｅｕ ｎ ｎ ｉ Ｕ ｉ ｒｉ ，ｈ ｎ ｈｉ２ １ １ ， ｈｎ ） ｎｖ ｓｙ Ｓ ａｇ ａ，０ ４ ８ Ｃ ｉａ ｅ ｔ
切流 动车 辙及 结构 性 车辙 为主 。
１ 上海市典型重载路段路 面病 害调查 分 析
１ １ Ａ高速 公路 路面 损坏 调 查分 析 ．
Ａ高速公路 自２０ 年建成通车后 ， ０３ 其交通 量增 长较快 ，０６年全路 段年 平 均交 通量 约 为 ４万 辆／ ， ２０ ｄ 其 中集装 箱 车和 大型货 车交 通 量 占到 了 ４ ８ 。 由 ．％
层 为悬 浮型 结构 ， 之重 车较 多 ， 辙主 要是 由于在 加 车
成了重要影响 ， 严重影响到路面结构 的使用寿命 。
根据 路 面破损 调查 结 果 ， 高 速 公 路 路 面 的 主 Ａ 要病 害是 裂缝 、 车撤 、 拥包 、 坑槽 、 路平 整度 衰 减等 道
现象 。
重载交通沥青路面结构受力特性分析
轴 重 、轮压 及 轮胎接 地 面积具 体 数值 见表 ２ 。 闼
２ 重载 交通 路面 力学 响应 分析
随 着道 路交 通运 输任 务 的加重 ，重载 车辆 对 道
路 结 构 造 成 的破 坏 可 能 不 是 设 计 时假 设 的 疲 劳 破
＼ 、
经Ａ Ｓ Ｓ 算得 出路 面结 构在 不 同超 载程 度下 Ｎ Ｙ计 的弯沉 和层 底拉 应 力值 ，见 表４ 。
中 粒 式 沥 青 混 凝 土ＡＣ ０ 一２ 粗 粒 式 沥 青 混 凝 土ＡＣ ２ 一 ５
水 泥 稳 定 碎 石 二 灰 土
１Ｏ ． Ｏ８ ＿
０５ ． ０２ ．５
Ｏ１６５ ３ ．８ ３ ０１９２７ ．４ ２
０１Ｏ２７ ．３ ２ ００ ７０ ４ ．７ ７
加 载 面 上进行 局部 细化 。有 限元模 型及 网格划 分 见
图 １ 。
坏 。一 辆运 货 的特重 车 ，由于车身 载重 量 大 ，加之 车 辆 的振动 冲击 作用 ，在 正 常道路 上行 驶一 次 ，就 可 能使基 层 底 面产生 微细 裂缝 ，甚 至可 能将 路 面彻 底 压坏 。这 种破 坏称 之为 一次 性破 坏作 用 。 因此有 必要 验证 车辆 超 载后产 生 的弯 沉 ，以及 基 层 、底 基 层层 底拉 应力 还 能否满 足设 计要 求 。本 文 采用 的交 通数 据来 自２ １ 年 对天 津滨 海新 区集输 ００ 港 道路 的交 通调查 ．道路 的结 构层 容许 拉应 力 如表
重载作用下公路路基及基层动应力测试研究
机可以同时记 录下所有元件 的电信号 ， 并将其转换 为 各个 测 点 的动 应 变 （ 加 速 度 ） 形 ， 根 据 标 定 公 式 或 波 再 确定 动应 力 的 变化 规律 。 试验所用传感器为 Ｂ １ Ｙ一 型电阻应变式双油腔结 构的动土压力传感器 ， 的特 点是 ： 它 当传感 器受力 时， 传感器油腔中的液体可使力传递均匀 ， 同时 由于弹性 敏感元件 的变形 比弹性传力元件 的变形 增大若干倍 ， 故提高 了传感器 的灵 敏度 。本次测 试土压力传感 器的 工作 量 程为 ０２ＭＰ ， 载能 力 ２ ％ 。 ． ａ 超 ０ 土 压力 传感 器 主 要 埋 设 于 公 路 单 幅 的 行 车 道 下 ， 其横断面布置如图 １ 。路基顶面设置 了 ３ 个传感器 ， 间 距 １０ｍ， ． 底基层顶面及下基层顶面分别设置了 ２个传 感器 ， 间距 ２ ０ｍ（ 当于 车辆 两 侧 轮 载作 用 点 间距 ） ． 相 ， 上基层顶面设 置了 ５个传感器 ， 与 ５处于行车 道分 １ 道线 下 （ 间距 ３ ７ 、 １ 于 行 车 道 正 中 ， ４ ． ５ ｍ） ３ ， １ 处 ２ 、
９ １
Ｉｔ ２ ｔ
着深度 的增 加动应力呈衰减趋 势 ； 随着 车速的增加 ， 荷载频率 向高频 方 向移 动 ， －ｊ点动应 力极值呈 总体减 小趋势 ， 同－ ｉ ｎ ． Ｊ ｗ 其
减小 幅度 与车速紧密相关 ； 而随着车辆 载重的增加 ， 动应力 同样增 大 ， 但前后 轮下差别 较大 ， 且较 深处 （ 如路基 顶面 ） 增大
超隼遣 （ Ｏ ３， 融） Ｚ伽■
件 ， 进行 如此 大规 模 的试 验 目前 还 不 太 现 实 ， 通 过 要 但 定规 模 的现 场 测 试 和 试 验 来 验 证 解 析 和 数 值 成 果 ， 借 以提 高路 基 路 面设 计水 平 ， 是 一条 比较有 效 的 还
隧道复合式路面沥青层最大剪应力影响因素分析
隧道复合式路面沥青层最大剪应力影响因素分析作者：朱华明来源：《中国新技术新产品》2013年第04期摘要：隧道内复合式路面沥青层的破坏主要源于外部车辆荷载及环境作用下层内较大的剪应力，本文利用有限元工具建立复合式路面结构模型，对车辆竖向荷载、水平荷载、环境温度等对沥青层内最大剪应力的影响状况进行了分析，提出了应注意的有关问题。
关键词：隧道；复合式路面；沥青层；剪应力中图分类号：U25 文献标识码：A隧道复合式路面是由水泥混凝土加沥青混凝土构成的路面结构，由于沥青层与水泥混凝土层间刚度的巨大差异，使复合式路面沥青层在车辆荷载作用下的受力特点不同于半刚性基层沥青路面或柔性基层沥青路面，复合式路面结构沥青层内的剪应力是其病害出现的主要原因，而引发复合式路面沥青层剪应力的因素主要为车辆的竖向荷载和水平荷载。
另外由于环境温度的变化也会影响沥青层的刚度，使其模量提高或降低，从而改变其层内的剪应力分布。
文中利用有限元软件建立复合式路面结构模型对车辆竖向荷载、水平荷载、环境温度等对沥青层内最大剪应力的影响状况进行了分析。
1 有限元模型及相关参数有限元计算中所采用的模型断面如图1所示。
有限元计算所采用的各层参数可见表1。
结语综上所述，为了减少隧道内复合式路面沥青层在寿命期内发生剪切破坏的可能性，在合理的选择沥青层厚度、保证层间良好粘结的条件下，要注意以下几点：①选择模量较高的沥青混合料；②对通过隧道车辆的轴重加以控制，严格限制超载、超限车辆；③提高隧道通行速度，减少车辆在隧道内的加速和减速频率，从而降低隧道路面所受的水平荷载值。
参考文献[1]JTG D70-2004，交通部公路行业标准.公路隧道设计规范[S].[2]林绣贤.轮超载对沥青路面的危害[J].上海公路，2004（3）：1～4.。
基于重荷载作用下的沥青路面的设计及应用分析
基于重荷载作用下的沥青路面的设计及应用分析摘要：有关数据表明当道路通车后累计的当量标准轴次远超过一般水平时，路面性能衰减将超常规发展。
车辆的超载或者重载，使得已建路面变得过早损坏，在使用之初就会出现车辙、坑槽或者开裂沉陷等破坏，从而极大缩短路面的寿命。
基于此背景，笔者结合工程实践对重载作用下的沥青路面设计进行探讨。
关键词：重荷载作用；沥青路面设计；路面破坏中图分类号：u416.217文献标识码： a 文章编号：1.背景有关调查数据表明，沥青路面出现早期破坏的原因是各方面的，对车辆超载超限估计不足是其中一个非常重要的因素，也就是说我国目前所使用的沥青路面设计方法不再适合如今的重载交通沥青路面的设计。
我国目前的沥青路面的设计方法是根据常规荷载来设计的，而且由于路面材料本身明显的非线形特点，重载路面设计采用现行的规范的话，这在工程结构的安全上考虑是不规范的。
规范中明确表明现其所适用的是>13t的情况的沥青路面设计，而当轴重>13t却没有提及。
为了减少因车辆超载或重载对路面造成的过早破坏，提高沥青公路的通行能力，分析重荷载沥青路面设计是很有意义的。
2.重载沥青路面破坏原因分析交通轴载对路面厚度的设计是一个极其重要的参数。
现行的设计标准轴载为100kn，但是实际路面上的交通车辆通常会超限行使，这就使得实际测得的轴载大大的超过了标准的轴载，有的甚至超过了100%。
对于这种情况，为了避免沥青路面出现早期的疲劳破坏，就需要增加结构层的厚度。
从而有关研究设计人员就利用不同的轴载作用下底基层地面的弯拉应力与标准轴载作用下的应力相等的理念来确定在重载或者超载作用下所需要增加的结构层厚度，通过反复计算得出每一级超载水平所需增加的底基层厚度。
从上表中可以发现，车辆轴重每增加20kn，上表中每一项指标都会增大约19%，不过轴重从100kn增加至200kn时，底基层的弯拉应力或者弯拉应变都加大了近1倍，再观察当轴重增加至200kn 时底基层所增加的厚度达到37cm。
沥青面层设计参数对沥青层剪应力的影响规律
条件设定 为完全连续 。
萄 ０ 要 ． ２
０ １ ．５
搁： ０１ ．
Ｏｏ ．５
１ １ 上 面层 不 同厚 度 沥青层 剪应 力分 布规 律研 究 ．
裔 ０ 萋 ． ２
０． ５ １
２ 不 同面层模 量 沥青层 剪应 力分 布规 律研 究
采用弹性层状体 系理论计 算程 序 Ｂｓｒ． 改 变沥青 上 、 ｉ ３ ０， ａ 中、 下面层模量 ， 对沥青 层 内不 同深 度 的剪应力 进行计 算 ， 间接触 层
深 度 ／ｍ ｃ
柱ｌ ０１ ： ．
０ ３ ６６ＭＰ ， 幅 ４ 。 ．２ ａ增 ％
荷 载 图 式 采 用 比利 时 接 地 面 积 与 轴 重 经 验 关 系 式 （ Ａ＝ ００８ ．０ Ｐ＋１２ 其 中 ， ５， Ａ为接 地面积 ，ｍ ； ｃ Ｐ为轮 胎荷 载 ， 。该 图 Ｎ）
式 轮压和接地 面积 均随轴载 的增加而增加 ， 距保持 ３．５ｃ 圆心 １９ ｍ ． 不变 ， 最符合 实际情 况 。因为承 担越 重货 物运 输 的车 ， 统计 上 越 １ ３ 下面层不同厚度沥青层剪应力分布规律研究 下面层厚 度分别 为 ５ ｃ ７ ｃ ９ｃ ｍ， ｍ， ｍ时 ， 其他 各参 数保 持不 有采用高强高压 轮胎的趋势 。加载模式见 表 ２ 。 变， 沥青层剪应力计算结果 如图 ３所示 。 表 ２ 加载模 式
辙 问题 显得尤 为重要 。本 文通过采 用不 同的面层厚 度、 面层 弹性 变 ， 沥青层剪应力计算结果如 图 ２所示 。 模量 ， 应用 Ｂｓｒ． ｉ ３０程序计算分析沥青层在高温重载组合作用下剪 ａ Ｏ３ －５ 应力分布规律 ， 为解决重载高温区沥青路面的车辙病害提供思路 。
高等级重交通沥青路面损坏力学分析
我 国的高速 公 路建设 发 展迅 速 。随着 高速公 路
建设 里 程 的增 加 ， 所 暴 露 出来 的技 术 问题 也 十分 严 重， 出现 了严 重 的 早 期 损 坏 。与 国外 的早 期 损 坏 相
一
０ 引 言
沥青 路面 的设 计 寿命 为 １ ５ ａ ， 国外 路 面 的 实 际 使 用 寿命 大 多为 １ Ｏ ～１ ２ ａ ， 随 着交 通 量 的 增 加 和诸 多因素 的共 同作用 ， 路 面的 损坏期 不 断提 前 ， 许 多路 面 在使 用 ５ ～１ ０ ａ即 发 生 了损 坏 。在 国外 ， 习惯 上 将 这种 未 达到设 计 使用 寿命 就 出现 的各种 非 正常损 坏 统称 为早 期 损坏 。
剪切 破 坏是 重 交通 沥青 路面 的 主要损 坏原 因。
关键 词 ： 高速 公路 ； 沥青路 面损 坏 ； 力 学分析 ； 剪 应力 ； 剪 切指标
中 图分类 号 ： Ｕ４ １ ６ ． ２ １ ７ 文 献标 识码 ｇ Ａ 文章编 号 ｇ １ ０ ０ ９ － ８ ９ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ９ — ０ ５ 表 面虽 无 明显损坏 迹象 ， ｆ Ｈ层间 已经脱开 ， 即便 不 进
的 力学 原 因 ， 阐明 了动水 压 力及 空 隙率对 沥青路 面损坏 的严 重影 响 ； 分析 了不 同轮 胎接地 压 力非均 匀分 布特 点， 指 出 了沥青路 面 剪应 力分 析 时应考 虑不 同轮 胎接地 压力 非均布 的影 响 ； 分 析 了不 同沥青路 面结 构层 面层 及基 层试 验 ， 指 出 了不 能简单地 认 为 弯沉值 小其 强度就 高 ， 剪切 指标 应 作为 沥 青路 面 结构 组 合 设 计 的依 据 ，
沥青混凝土桥面铺装结构的剪切分析
沥青混凝土桥面铺装结构的剪切分析一、背景桥面铺装结构一般由基层、中间层和面层组成。
其中，中间层是由沥青混合料密实而成，是桥面铺装层的关键组成部分。
在交通荷载作用下，桥面铺装层会受到剪切力的作用，因此进行剪切分析对于保证桥梁的安全和寿命具有重要意义。
二、分析方法1.理论分析：利用弹性理论和力学原理，结合桥面铺装层的材料性能和荷载情况，建立相应的数学模型，分析桥面铺装层的变形和应力分布情况。
2.数值模拟：通过有限元方法或其他数值分析软件，对桥面铺装层的结构和受力情况进行模拟分析，得出相应的变形和应力分布结果。
三、应用实例以桥梁的沥青混凝土桥面铺装结构为例，对其进行剪切分析。
1.获取桥梁的几何参数和荷载情况：包括桥面铺装层的厚度、长度、宽度等几何参数，以及交通荷载的类型、强度等。
2.建立数学模型：通过选择适当的弹性模量、泊松比等材料参数，建立相应的弹性理论模型，考虑桥面铺装层的厚度和荷载作用下的变形和应力分布。
3.进行数值模拟：利用商业有限元软件进行数值分析，选取适当的单元类型和网格分布，模拟荷载作用下的桥面铺装层变形和应力分布情况。
4.分析结果：根据数值模拟结果，得出桥面铺装层在交通荷载作用下的剪切变形和剪切应力分布情况，判断桥梁结构的安全性。
5.结果讨论和优化：根据剪切分析的结果，对桥梁结构进行讨论和优化设计，采取相应的加强措施，确保桥梁的安全和寿命。
综上所述，沥青混凝土桥面铺装结构的剪切分析是一项重要的工程问题。
通过理论分析和数值模拟方法，可以得出桥面铺装层的变形和应力分布结果，并对桥梁结构的安全性进行评估，为桥梁的设计和施工提供参考和指导。
但需要注意的是，在进行剪切分析时，应结合具体的实际情况和设计规范进行综合考虑，确保分析结果的准确性和可靠性。
行车荷载作用下沥青路面的动粘弹性分析
表 ２ 面 层 材 料 的 广 义 Ｍａｗｅ 模 型 的 模 型 参数 … ｘ ｌ ｌ
Ｅ１ ６ ５９． ９ １ ４ ５ ００ ３１ ０ ４２ ３ Ｔ １ ５１ ０ ４ ０
１ ４１ ２ ０ ０
Ｅ３ ２ ３５ ５ ３
（ ａ 为 ＭＰ ）
Ｎ
型， 模拟 Ｆ ＷＤ作 用 于沥青 路 面表 面 ， 析 了荷 载 分
大 小、 载 时 间 等 因 素对 路 表 弯 沉 的 影 响； 加 Ｚ ｇｌｕ 和 Ｗｈｔ－ 考 虑 了路 面 沥青 材 料 的粘 弹 ａｈｏ ｌ ｉ ３ ｅ
属性 ， 进行 了敏感 性分析 。但是 ， 些文献 中施 并 这
ＤＰ模 型 中 ， 聚 力 Ｃ＝７ ． Ｐ ， 擦 角 ＝ — 粘 ５ ４ ｋａ 摩 １．。 １２ 。对 沥青 路面 材 料 ， 采用 广 义 Ｍａｗｌ模 型 ｘｅ ｌ
来 描述 沥青混 合 料 的松 弛性 能 。对 于 Ⅳ个 Ｍ ｘ ａ—
ｗ ｌ体 并 联 组 成 的 广 义 模 型 ， 应 力 松 弛 模 量 ｅｌ 其
３ １ ２． ２
９ ８６ ４
．
Ｅ５ ４ ４ １８
５
１１６ ９ ．
７ ０ ５７
１ ３ ７ ６１ ＂ ６
作 者简 介 ：朱 东 辉 （ ９３一 ） 男 ， 南 人 ， １６ ， 河 教授 级 高工 ， 究 方 向 为 道路 桥 梁 工 程 建 设 与 管理 （ ｍ ｉ ｚｈ９ ３ １３ ｃ ｍ） 研 Ｅ ａｌ ｄ １６ ＠ ６ ｏ ：
朱东辉
（ 平顶 山市 公 路 管 理 局 ， 南 河 平 顶 山 ４ ７０ ） ６０ ０
摘
要 ： 车荷载作用下的沥青路面响应对沥青路面 的设计 和维护具有重要 的参 考意义。本文利用有 限元 方 行
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第42卷第32期 山 西建筑 Vol.42No.322 0 1 6 年 1 1 月 SHANXI ARCHITECTURE Nov. 2016 • 163 •
文章编号：1009-6825 (2016) 32-0163-02重载交通作用下沥青路面动剪应力分析张丽娟(上海师范大学建筑工程学院，上海201418)摘要:基于动力学分析理论基础，并利用ANSYS软件，建立了三维动力有限元模型，研究了重载作用下半刚性基层沥青路面结
构内剪应力的动态响应和分布规律，分析了重载路面受剪破坏的机理，以供参考。关键词:沥青路面，重载交通，动力响应，受剪性能 中图分类号:U416.217
1动力学分析理论基础根据瞬态动力学分析方法：Mu(t) +Cu(t) +Ku(t) =Q(t) (1)
其中分别为系统的结点加速度和结点速度向 量;和(?(〇分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵 和结点荷载向量，本文采用Rayleigh阻尼。2路面结构三维有限元数值模型2.1荷载参数根据比利时公式，轮胎接地压力和接地面积的随轴载增加的 变化规律如下[1]:,4 =0.008P + 152 (2)
其中，4为轮胎接地面积，cm2 为轮胎接地面积当量圆半 径，m;P为每个轮胎所受的荷载，kN;P为轮胎接地压力，MPa。 采用正弦分布荷载模拟车辆荷载[2]:p(t) =Pmalsin(TTJ/r) (4)
其中，为车辆每个轮胎所受的荷载峰值，kN;r为荷载作 用周期，S，按式(5)计算：T = — (5)
V
其中，t为车辆行驶速度，m/s;S为轮胎接地面积当量圆半 径,m。2.2路面结构与材料参数将路面各结构层视为各向同性线弹性材料。具体的路面结 构厚度和材料参数见表1。表1路面结构组成及材料参数
结构层参数取值厚度/cm模量/MPa泊松比密度/kg . m-3阻尼比
筋青混凝土面层151 4000.352 200
卜 0.05二灰碎石基层451 5000.252 100级配碎石垫层202250.351 900路基100400.401 800
2.3有限元模型参数基于ANSYS有限元软件，选取八结点Sdid45单元进行动力 分析。确定最优平面几何尺寸为1〇 m X 10 m,路基厚度取10 m。
路面结构动力响应分析中采用固定边界条件设置。考虑到对称 性，取1/4模型建模。
3重载作用下动力响应在路面结构中分布规律根据我国轴载分布规律，本文选取计算荷载参数为:单轴双
文献标识码:A轮轴载220 kN，行驶速度为60 km/h。其中点0,0.5，1，2,3,4位 于轮隙中心正下方，b。>。.5，b2，b3，b4为轮载中心正下方各点， 分别位于路表、面层中部、面层底部、基层底部、垫层底部、路基顶部 以下3 m处。3，1)，(；，(1，<；位于路表，距轮隙中心处分别为0.05 111, 0• 17 m,0. 29 m,l. 47 m,2 m。动载作用下的剪应力如下：1)纵向剪应力。纵向剪应力使沥青混合料发生纵向流动变 形，严重时发生裂纹、壅包等破坏;横向剪应力使沥青混合料发生 横向流动变形，产生车辙等破坏。深度/m
图1沿深度各点纵向剪应力时程曲线 峰值沿深度变化曲线图1为轮载中心正下方各点纵向剪应力时程曲线。图2为轮 载中心正下方各点纵向剪应力峰值沿深度变化曲线。图3为路 表各点纵向剪应力时程曲线。图4为路表各点纵向剪应力峰值 沿横向变化曲线。由图1，图2可知，纵向剪应力在沥青面层表面达到最大值 (约为200 kPa)，随着深度增加，开始出现衰减，在面层底面，纵向 剪应力值减小至92.1 kPa,说明沥青面层都处于较高的纵向剪应 力作用下。在半刚性基层和路基结构中，纵向剪应力随深度的增 加迅速减小，在路基顶面（点63处)剪应力已减小到很小的值。
由图3,图4可知，沿路表横向方向，轮隙中心位置处(0点）， 纵向剪应力值较小，随着与轮隙中心的距离增大，至轮载作用区 域时，纵向剪应力呈现先增大后减小的趋势，在轮载作用面中心 处(b点)纵向剪应力值最大，约200 kPa。横向距离增大至距轮隙
收稿日期:2016-09-06作者简介:张丽娟（1978-),女，博士，讲师第42卷第32期• 164 • 2016 年1 1 月山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol. 42 No. 32Nov. 2016
文章编号：1009-6825 (2016) 32-0164-03公路工程沥青路面的施工与质量控制的研究
张瑞元(山西省公路工程监理技术咨询公司，山西太原030006)
摘要:结合工程实例，从施工准备、沥青混合料拌合、摊铺、碾压、路面接缝处理等方面，阐述了公路沥青路面施工的质量控制要
点，并介绍了沥青路面施工质量的检测措施，有利于延长公路的使用年限。关键词:公路，沥青路面，施工质量，质量检测中图分类号:U416.217 文献标识码:A
〇引言沥青路面施工技术是公路施工中最为常见的技术之一，路面 的施工质量直接关系到行车速度、行车舒适度、行车安全性。如 果沥青路面施工技术操作不当或者施工质量控制不合理都会造 成公路路面过早出现开裂、造成损害等问题，以至于增加公路的
养护费用，减少公路的使用寿命。为了避免沥青路面出现以上问 题，在公路施工过程中，我们必须掌握好最为科学合理的施工方 法，把控好沥青路面的施工质量。1工程案例山西省吉县至河津高速公路项目起于吉县马家河沟窑科村东，
中心点0.68 m处，正向剪应力出现反方向最大值，约为30 kPa,随 着与加载面距离的进一步增大，正向剪应力逐渐减小，距〇点1.5 m 处，衰减为〇。所以对于纵向剪应力，其最不利位置为面层表面轮 载中心处。2)横向剪应力。图5为轮隙中心正下方各点横向剪应力时 程曲线。图6为轮隙中心正下方各点横向剪应力峰值沿深度变 化曲线。图7路表各点横向剪应力时程曲线图8路表各点横向 剪应力峰值沿横向变化规律由图5,图6可知，与纵向剪应力相似，横向剪应力在沥青面 层表面达到最大值(约为241. 6 kPa);在面层结构内，横向剪应力 随深度的增加迅速减小，在中面层位置，横向剪应力为94.6 kPa， 在下面层底部，横向剪应力衰减为13.6 kPa(结构1)，在半刚性基 层及路基内，剪应力已减小到很小的值。图7为路表各点横向剪应力时程曲线。图8为路表各点横向 剪应力峰值沿横向变化曲线。由图7,图8可知，沿路表横向方 向，轮隙中心位置处(〇点），横向剪应力值最大(约为241.6 kPa)， 随着与轮隙中心的距离增大，横向剪应力迅速减小，至轮载作用 区域左边缘时（a点），横向剪应力方向已发生改变，数值也较小。 在轮载作用面中心处(c点），横向剪应力已达到反方向的最大值 (约为115.4 kPa)，但仍远小于轮隙中心处的剪应力值。随着横 向距离的进一步增大，横向剪应力值逐渐减小，距〇点1.5 m处衰 减为0 kPa。4结语对剪应力计算结果表明，重载车辆反复作用下，面层不同深 度内存在较大的剪应力。在重载220 kN作用下，本结构沥青层最 大剪应力约〇. 24 MPa,重交沥青的混合料抗剪强度在0.27 MPa ~ 0.5 MPa之间，为了避免沥青面层出现一次性剪切破坏，建议重载 路面沥青混合料采取改性沥青。参考文献：[1] 黄文元，王旭东，孙立军.公路超载特征及重载沥青路面交 通量参数[J].公路，2003(5) :56-57.[2] 黄仰贤.路面分析与设计[M].北京：人民交通出版社， 1998.
Analysis of asphalt pavement dynamic shear stress under heavy load trafficZhang Lijuan(Architectural Engineering Schoolf Shanghai Normal Universityy Shanghai 201418, China)
Abstract: Based on dynamic analysis theoretical basis，and using ANSYS software, this paper established the three-dimensional dynamic finite
element model, researched the dynamic response and distribution law of semi rigid base asphalt pavement structure inner shear stress under heavy load role, analyzed the shear failure mechanism of heavy load road, for reference.Key words ： asphalt pavement, heavy load traffic, dynamic response, shear performance
收稿日期=2016-09-06作者简介:张瑞元（1984-)，女,工程师