沥青层底拉应变在长寿命路面应用的合理性浅谈

李 泉



沥青层底拉应变在长寿命路面应用的合理性浅谈

李 泉

（广州市公用事业技师学院 510100）

随着长寿命沥青路面设计理念在我国普遍认识，相应疲劳极限应变控制指标值得讨论。本文应用Bisar软件，结合我国高速公路路面普遍结构形式展分析，对层间完全连续和不完全连续两种情况进行对比。

长寿命；疲劳极限应变；Bisar；层间连续

1 引言

我国在引进国外有关长寿命沥青路面设计理念的同时，也不断更新着高速公路的路面结构形式。从许多高速公路的结构形式可以发现基本上是由我国传统的两层沥青层向三层沥青层结构形式转变，在这转变的同时，传统的控制指标也值得我们进一步去评价它的合理性了。在国际上，用沥青层的疲劳极限应变来控制沥青层的疲劳开裂基本上已经达成共识，并且提出通过控制沥青层底的拉应变来的控制沥青层疲劳开裂。为此，本文通过对我国高速公路结构形式的计算分析来提供控制沥青层底拉应变这一种指标在我国长寿命路面中应用的合理性。

2 计算分析背景

2.1 结构选择

本次计算采用的结构为最近国内高速公路采用较为广泛的路面结构，见表1。

表1

国内高速公路路面结构 结构形式4cm细粒式沥青混凝土（AC-13）+6cm中粒式沥青混凝土（AC-20）+8cm粗粒式沥青混凝土（AC-25）+20cm水泥稳定碎石+20cm二灰土

2.2材料参数

结构中材料抗压回弹模量参照现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)取推荐中值。此外，在我国规范中，推荐路基泊松比为0.35。其余材料没有明确的推荐值，建议取值在0.2～0.5 之间。本文根据沥青混凝土泊松比取值国内设计资料，沥青混凝土泊松比0.35，半刚性基层泊松比取值0.25，土基取0.35。

2.3车轮轴载

关于车轮轴载，我国现在的超载情况已经司空见惯，超载也已经成为我国沥青路面设计考虑的一个大方面。但是超载并不会改变沥青路面中力学响应规律，因此采用我国规范的标准轴载形式。

2.4层间接触

在我国《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中，关于层间接触有说到：沥青路面结构的应力与应变分析表明，路面结构设计中层间条件结合条件对设计结果有较大的影响。设计中采用什么样的层接触条件取决于施工条件和材料特性。原则上我们设计时应按层间连续状态，要求设计应采取技术措施尽量保证各层的紧密结合，使其层间处于连续状态。若设计需考虑沥青层与半刚性基层之间可能出现移动进，可根据具体情况选定层间结合系数进行计算。

沈金安教授在《高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策》一书在谈到层间接触问题时，已经阐述了我国公路沥青路面设计规范里界面条件处理的不合理性，并且详述了，法国专家就我国在2000年河北省建设京沪高速公路时相关设计单位提出的路面结构设计进行了验算，在验算的过程中进行了各层完全连续，材料未损坏、半刚性上基层模量衰减且与沥青层层间发生滑动、半刚性基层发生滑动、半刚性基层间既滑动且模量也衰减和半刚性基层全部衰减且和沥青层间为滑动接触的对比分析，法国专家的验算给了我们重要的启示。但是我们也不得不承认这些重要正确的启示只是在同一个结构中进行的，也可以说是一个普通路面结构的特点，同时这也给我国传统半刚性基层沥青路面设计考虑时一个警钟。然而现在本次研究是不同的结构的分析对比与取舍，在考虑了以上意见基础以后，本次计算层间接触条件的考虑采用了以下要求：沥青层各层之间完全连续；沥青层与无机结构料稳定集料之间，一般认为在半刚性材料未损坏之前可按连续，损坏以后按滑动计算；本次计算在沥青层与半刚性基层间采用两种处理：完全连续和不完全连续。

2.5应用软件

本次计算采用Bisar3.0软件.

3力学响应之沥青层最大拉应变

取单圆荷载中心处为计算点。计算结果显示，XX方向的拉应变大于YY方向的拉应变，故在比较分析时选取较大的拉应变进行比较研究，即XX方向的拉应变(注：X方向为道路行车方向；Y方向为道路横断面方向)。这里需要说明的是，由于Bisar3.0软件本身的局限性，即可求出任意点的应变值，但要想求沥青层内的最拉大应变的值处于哪一点是有难度的，不过因为结构为层状体系，所以想确定其所在层位是可以的。

在结构中，当沥青层与半刚性基层间接触状态为完全连续状态时，沥青层的最大拉应变出现在中面层和下面层间的界面上，也即沥青层的最大拉应变的位置并不在沥青层底；当接触状态为不完全连续时，沥青层的最大拉应变出现在沥青层底。这一信息反馈的是：

（1）当层间为完全接触状态时，沥青层先产生疲劳开裂的位置并不在沥青层底，而很大可能出现于中面层与下面层相叠面附近。那么，当其他控制指标都满足要求时，完全可以通过沥青混合料的极限弯拉应变来控制沥青层发生疲劳开裂的位置，也即可以把沥青层的疲劳开裂控制在中面层。

（2）当层间为不完全接触状态时，沥青层的最大拉应变出现于沥青层底，疲劳裂缝自下而上。也即要想防止沥青层疲劳开裂必须采取方法提高下面层的抗疲劳性能，以此来控制疲劳开裂。

4结语

通过计算分析可以知道在我国的长寿命路面结构中沥青层与半刚性基层间的接触状态对这一指标是有很大影响的。因此实际设计和施工时，应该尽量使得层间接触更接近完全连续状态，这样可以使得沥青层最大拉应变位置重新分布和减小沥青层底的拉应变。

我国在“七五”“八五”期间，对大量的对半刚性基层沥青路面进行了研究后发现，由于半刚性基层不可能避免的会发生开裂，因此沥青层与其间的接触状态基本是不完全接触的。也即在反省我国传统的“强基溥面”半刚性基层沥青路面后，现在更多的采用长寿命路面结构形式三层沥青层结构形式时，要防止沥青层的疲劳开裂就需要控制沥青层底的拉应变。

[1]沈金安，李福普，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策. 北京：人民交通出版社，2004.

[2]陆飞,张杰,燕海峰. 长寿命路面沥青层底拉应变影响因素分析[J]. 交通标准化,2010,22:106-108.

[3]张阳,侯相深,马松林. 长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析[J]. 哈尔滨工业大学学报,2007,04:622-626.

[4]吴志勇. 基于多级等幅荷载下的沥青混合料损伤累积和沥青面层疲劳损伤破坏研究[D].华南理工大学,2014.

[5]陈林,王树杰. 耐久性沥青路面力学响应及疲劳寿命预估研究[J]. 公路与汽运,2016,06:116-119+196.

[6]叶亚丽,庄传仪,王林,宋小金. 基于加速加载试验的柔性基层沥青混凝土路面动力响应[J]. 公路,2013,11:1-7.

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