沥青路面泊松比及模量对流动性车辙影响研究

肖耀辉

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

现代的沥青路面车辙破坏最为严重，有人认为，［1］沥青路面的厚度越大，车辙发生的深度越大，沥青路面越薄，车辙发生的深度越小，通过路面的实际发现，事实不完全这样，壳牌设计手册认为车辙深度不是随厚度增加而一直增加，而是存在一个界限厚度，车辙深度随沥青层厚先减小后增大的过程，此厚度一般在15～25 cm之间，英国对路面的开挖调查分析认为在18 cm左右。［2］我国半刚性基层沥青路面，随着轴载的增加，使得中面层承受剪切流动性变形深度增加，为了减小中面层剪切流动性变形，采用加强型的中面层材料，但也出现了上面层车辙的现象，车辙现象十分严重，［3］这些现象表明，在路面结构组合中，三层结构强度模量不合理，只能使荷载应重分布而产生更多的车辙，从而使应力集中造成局部过早的破坏。

在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值称为泊松比。在设计时，沥青混凝土模量和泊松比选用固定值，对不同温度时表现的很不合理，沥青混凝土模量和泊松比对温度具有很高的敏感性，沥青混凝土模量和泊松比对不同温度是变化值。［4］所以，本文运用改变模量和改变泊松比进行分析沥青混凝土流动性车辙侧向位移的变化。泊松比是温度的函数，由于上面层温度变化很大，相对中下面层温度变化不大，所以，上面层沥青混凝土泊松比为0.35～0.50之间，中下面层泊松比选固定的值0.35。60 ℃上面层模量选350 MPa，选用加强中面层的思路，变中面层模量，分别为250 MPa、350 MPa、500 MPa、700 MPa，见表1。

表1 60 ℃下沥青混凝土流动性车辙影响表

运用ANSYS，SOLID45单元建立8个节点单元三维空间模型，计算以半刚性基层沥青路面不同面层模量，不同上面层泊松比60 ℃沥青混凝土的侧向流动结果。

1 不同模量组合时，上面层侧向位移变化趋势

通过分析，不同模量组合时，上面层侧向位移变化，见图1。

图1 上中面层模量组合，上面层横向位移趋势图

从图1得知，①当上面层泊松比小于0.45时，沥青混合料向双轮中央流动，当泊松比大于或等于0.50时，沥青混合料向双轮外侧流动。②当上面层泊松比在0.45～0.50之间时，不同上中面层模量比变化时，沥青混合料不向双轮内侧和外侧流动。

2 不同模量组合时，中面层横向位移变化趋势

通过分析，不同模量组合时，上面层侧向位移变化见图2。

从图2得知，①中面层沥青混凝土侧向位移全为向双轮轮台外侧流动。②随上面层泊松比的增大，中面层侧向流动越强烈。③随着中面层模量的增大，中面层侧向流动的趋势越来越小。

3 不同模量组合时，下面层横向位移变化趋势

通过分析，不同模量组合时，上面层侧向位移变化见图3。

从图3得知，①下面层侧向位移随上面层泊松比的增大而增大。②下面层的侧向位移与上中面层的模量比变化没有很大的影响。③不管上中面层模量如何变化，下面层的侧向位移只是向双轮外侧流动，不会向双轮中间流动。

图2 上中面层模量组合，中面层横向位移趋势图

图3 上中面层模量组合，下面层横向位移趋势图

4 结束语

（1）半刚性基层沥青混凝土，高温下上面层泊松比<0.45时，上面层没有向轮胎外侧流动的趋势，只向双轮内侧流动；当上面层泊松比在0.45～0.50之间时，不同上中面层模量比变化时，沥青混合料不向双轮内侧和外侧流动；当上面层泊松比大于或等于0.50时，上面层侧向流动变得十分剧烈。

（2）上面层泊松比增大，中面层向双轮外侧流动的可能性增大；中面层模量增大，中面层向双轮外侧流动趋势变小。

（3）上面层泊松比增大，下面层向双轮外侧流动的可能性增大；上中面层模量比减小到0.5时，下面层流动性明显增大。

（4）在高温下，当上面层泊松比0.45～0.50之间时，增加中面层劲度模量，可以使沥青层整体侧向流动减小，当上中面层模量比为0.5时，上中面层整体流动性车辙减小十分明显。

1 张剑飞.提高认识完善管理攻克沥青路面早期破损的顽症——在全国沥青路面技术研讨会上的讲话［Z］.交通部网站，2005.7

2 关伟.沥青路面车辙形成机理及影响因素分析［J］.山西交通科技，2006（5）：30～33

3 张广、刘洪海.沥青路面施工过程中下承层平整度不传递特性的理论分析与实验研究［J］.公路交通科技，2007（8）：39～41

4 乔英娟.沥青混合料位移场测定与流动性车辙分析［D］.大连：大连理工大学，2008