复合板车辙试验分析研究

2012-09-0665056部队闫其来

中国建设信息化 2012年5期

◎ 65056部队闫其来王李

选择六种复合板进行车辙试验，利用ANSYS有限元软件计算实际路面以及复合车辙板不同深度沥青层内的压力和剪应力分布情况，系统地分析研究复合板车辙试验评价沥青混合料抗车辙性能的准确性。

一、不同结构复合板抗车辙性能试验研究

在某公路工程中，为了提高沥青混凝土的抗车辙性能，利用复合板车辙试验确定沥青混合料的级配和油石比，沥青上面层选用了两种沥青混合料，分别是AC-13改性沥青混合料和SMA-13改性沥青混合料，下面层选用三种沥青混合料，分别是AC-20改性沥青混合料、AC-20基质沥青混合料、SMA-20改性沥青混合料，按试验规程成型车辙板，进行车辙试验，试验结果如表1所示：

表1 车辙试验结果

根据以上试验结果，上面层中SMA-13改的动稳定度高于AC-13改，下面层中AC-20基的动稳远低于其它两种混合料。

利用上表中的五种沥青混合料，分两次碾压成型六种复合车辙板，其上、下层的搭配组合见表2：

表2 复合车辙板搭配组合

使用上表中的六种搭配组合，进行复合板车辙试验，试验结果见表3：

表3 复合板车辙试验结果

试验结果表明，六种搭配组合的复合车辙板动稳定度值处在2400～2800次/mm之间，差值基本处在试验误差范围内，不同搭配组合车辙板的动稳定度与上层板存在一定的相关性，与下层板基本没有相关性，说明上层板是复合板车辙试验中产生车辙的主要区域，下层板内基本无车辙产生。

二、复合板车辙试验和实际路面沥青层内应力计算分析

上述试验结果与预期的试验结果不符，为了分析产生上述试验结果的原因，利用ANSYS有限元计算软件对复合车辙板和实际路面沥青层的应力分布情况进行力学计算和分析。

1、计算参数的选择

沥青混合料是典型的粘弹性材料，模量从常温下的600～1000 下降到高温时的不足200 ，模量的变化又会影响到各层应力场的分布,所以应力计算时，根据不同的温度选择不同的计算模量。考虑到超载的影响，本文计算中采用三种压力分别为0.7 、0.9 和1.1 。

车辙试验的荷载应力计算图式见图1：

图1 车辙试验应力计算荷载作用图式

实际路面结构组合按我国的典型路面结构进行，荷载应力计算图式如图2：

图2 实际路面荷载应力计算图式

2、沥青层内压应力分布情况对比分析

根据ANSYS有限元软件计算结果，不同荷载作用下车辙板和实际路面沥青层不同深度的沥青层内压应力分布情况如图3所示：

复合车辙板的上面层所承受的压力最大，随车辙板深度的增加压力迅速减小，在三种不同荷载作用下，在沥青层深度达到4cm后，下层板所受的压力均不超过0.4 ，在下层板具有一定的承压能力后，基本上无车辙产生，说明复合板的压实型车辙主要产生在上面层，下面层产生压实型车辙的可能性很小。

实际路面的上面层所承受的压力最大，随着沥青层深度的增加，压应力下降速度较慢，在沥青面层以下4～18cm深处，仍然承受着1.0～0.5 的压力，尤其是在高温条件下，沥青混合料的模量在200 以下，在较大的荷载作用下，实际沥青路面的4～18cm深处仍能产生较大的压实型车辙。

3、沥青层内剪应力分布情况对比分析

不同荷载、不同深度，车辙板和实际沥青路面的剪应力分布情况如图4所示：

车辙板沥青层内剪应力随深度的增加而增加的速率很大，在距板上表面1cm处出现最大剪应力，最大剪应力可达0.25 以上，随板内深度增加，剪应力减小速度非常快，在板内4cm深处，最大剪应力不超过0.05 ，所以上面层是复合板车辙试验中产生车辙的主要区域，下层板所承受的剪应力很小，不容易产生车辙。

实际路面沥青层内剪应力与车辙板内剪应力的变化规律相同，随深度的增加迅速增大，在达到一定深度后，随沥青层深度增加，剪应力减小，但其不同之处在于最大剪应力出现在距路表4～5cm处，正好处在上、下面层的交界处，最大剪应力可达0.1 ，然后剪应力随沥青层深度的增加而减小，但减小的速度缓慢，在沥青层深度为10cm处，仍承受着约0.5 的剪应力，所以实际路面的中、下面层很容易产生车辙。

总之，复合板车辙试验中，上面层所承受着较大的压应力和剪应力，下面层所受的压应力和剪应力很小，在下层沥青混合料具备一定的抗压强度和抗剪强度之后，对车辙试验结果的影响不大，车辙主要产生在上面层；实际沥青路面的中、下面层内仍承受着较大压应力和剪应力，又由于中、下面层沥青混合料的抗车辙性能有限，是产生车辙的主要区域。