旧水泥混凝土路面沥青加铺层疲劳寿命计算

付李

（山东省枣庄市公路勘察设计院）

旧水泥混凝土路面沥青加铺层疲劳寿命计算

付李

（山东省枣庄市公路勘察设计院）

沥青加铺层的疲劳寿命计算是沥青加铺层设计的理论基础，由于实际路况受多种因素的影响，若要准确计算实际加铺层的使用寿命难度很大。本文根据路面结构的实际状况，基于路面力学理论模型，采用断裂力学理论对路面反射裂缝的扩展规律进行分析，从而建立预测沥青加铺层使用寿命的设计方程提供合理的理论依据。

沥青加铺层 疲劳寿命 计算

近年来，世界上许多国家对旧水泥混凝土路面进行了大量的修复工作，其主要措施是在旧水泥混凝土路面板上加铺沥青面层，实际工程表明，若采取的处理措施不当，旧水泥混凝土路面接缝或裂缝处的沥青加铺层极易产生反射裂缝。从断裂力学的观点出发，可以认为其内部原因主要是由于旧水泥混凝土路面的裂缝或接缝作为原始的缺陷存在引起的应力集中所致。由于旧水泥混凝土路面板的裂缝和接缝处不能承受拉（弯拉）应力及剪应力（或抗剪能力较低），沥青加铺层承担了该处大部分的拉（弯拉）应力或剪应力,在交通荷载及温度应力的反复作用下,沥青加铺层就会产生反射裂缝。

沥青加铺层的疲劳寿命计算是沥青加铺层设计的理论基础，由于实际路况受多种因素的影响，若要准确计算实际加铺层的使用寿命难度很大。本文根据路面结构的实际状况，基于路面力学理论模型，采用断裂力学理论对路面反射裂缝的扩展规律进行分析，从而建立预测沥青加铺层使用寿命的设计方程提供合理的理论依据。

旧水泥混凝土路面沥青加铺层疲劳寿命计算

反射裂缝的扩展规律可以采用Paris方程进行分析，即裂缝的扩展速率与疲劳荷载作用次数之间的关系式为：

反射裂缝的扩展是由弯曲、剪切和温度变化三种破坏形式同时作用的结果，我们可以将沥青加铺层反射裂缝的扩展分成两个独立的阶段。裂缝增长的第一个阶段相当于三种破坏形式同时作用的情况，第二个阶段只有剪切和温度作用形式。

对于反射裂缝增长的张开和剪切形式下的扩展，其初始裂缝长度，最终裂缝长度。其中，为旧水泥混凝土路面的厚度，为沥青加铺层的厚度。

1） 张拉模式下的疲劳荷载作用次数

在张拉情况下，反射裂缝的扩展与疲劳荷载作用次数之间的关系为：

下标Ⅰ表明裂缝增长的第一个阶段。将 带入上式中，可得

2） 剪切模式下的疲劳荷载作用次数

媒体上曝光的那些关于官场的负面新闻报道，在眼前一页页翻过，定格。比如前几天市委就通报了两起官员被妻子举报的案件。

对于剪切形式的开裂，可按照以下关系式进行计算

3） 温度疲劳模式下的疲劳荷载作用次数

沥青加铺层产生破坏的温度循环作用次数为

式中Nft=(Nft)1=(Nft)2，(Nft)1和(Nft)2是裂缝扩展的两个阶段中的每一个阶段的温度循环次数。

4） 荷载作用次数转换为使用年限

如果已知某路段的平均日当量交通量，那么就可以算出等价于使沥青加铺层产生破坏的荷载作用次数的等效天数，定义为Nd，也就是我们所要求的沥青加铺层的疲劳寿命。需要注意的是，对应于不同的道路破坏等级有不同的情况。

根据美国德克萨斯州所做的实际观测结果可知,由于温度作用而使路面产生破坏所需的天数要明显少于其他两种破坏机理的作用。因此，可以认为温度是使沥青加铺层产生破坏的最主要的原因。因此，由于弯曲和剪切作用的影响，实际的疲劳寿命会小于Ndf。为了考虑这三种因素的共同影响，在次采用如下的简化模型来建立最终的设计方程式。

式中：Nobs——观测到的反射裂缝寿命;

Ndt——由于温度作用产生破坏所需的天数;

Nob——由于弯曲作用产生破坏所需的天数。

Nds——由于剪切作用产生破坏所需的天数。

在以上的方程中并不需要单纯地考虑裂缝产生的两个阶段，而是综合考虑了这个影响，在理论上是可以成立的。

结束语

通过以上的分析，我们在加铺沥青层的路面结构与其预期的使用寿命之间建立了一种相对有效的关系式。由此可以给出一种沥青加铺层厚度设计方法。其基本思路是，由预定的加铺层预期使用寿命，也就是已知设计使用年限，以及原有路面结构层状况和所要加铺沥青层材料的特性，来反推所需加铺沥青层的厚度。我们也可利用以上结果检验沥青加铺层设计是否合理。