重载作用下沥青路面弯沉轴载换算指数的分析

张 丽 娟

(上海师范大学建筑工程学院,上海 201418)

重载作用下沥青路面弯沉轴载换算指数的分析

张 丽 娟

(上海师范大学建筑工程学院,上海 201418)

利用bisar软件，研究了重载作用下基于弯沉等效的半刚性基层沥青路面结构轴载换算指数随路面结构的变化规律，并给出了推荐值。

沥青路面，重载，弯沉，轴载换算指数

0 引言

JTG D50—2006公路沥青路面设计规范中对轴载换算的研究仍旧沿用20世纪80年代初的成果，当时考虑的单轴荷载不大于130 kN，双轴荷载不大于320 kN，这已不能适应当前重载交通实测到的轴载范围。为了定量分析超限轴载对路面的破坏作用，本文对重载交通下沥青路面轴载换算方法展开研究,以便在路面设计中准确反映重载的影响。

1 路面结构和荷载参数

1.1 荷载参数

限于非中心对称荷载力学计算的复杂性,布载仍采用了当量圆方法。根据比利时公式，轮胎接地压力和接地面积随轴载增加的变化规律如下[1]：

A=0.008P+152

(1)

(2)

其中，A为轮胎接地面积，cm2；δ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。

1.2 路面结构与材料参数

据调研，结合上海的现状和材料供应，将典型结构定为四层体系，即：沥青混合料面层、二灰碎石三渣基层、灰土底基层或砾石砂垫层、土基。其中，从技术与经济方面考虑，上海沥青面层典型结构大部分采用9 cm～12 cm双层式，由细粒式沥青混凝土与粗粒式沥青混凝土组成；在交通量大，道路等级高的采用15 cm三层式。具体路面结构见文献[2]。路面各结构层视为各向同性线弹性材料,各层材料的取值参考现行设计规范。

2 重载作用下沥青路面轴载换算指数的求解

2.1 以弯沉为指标的轴载换算原理

首先应设法从理论上得到不同轴载作用下弯沉比l1/l2的简化公式,根据相关文献的分析和实测证明[3],对单后轴双轮组的主要车型,其公式的可能形式:

(3)

或者:

(4)

然后与设计指标的容许弯沉值lR即路表弯沉的疲劳规律相联系，例如容许弯沉值的公式为:

lR=AN-c

(5)

则不同轴载的容许弯沉值比为:

(6)

根据轴载换算等效原则,按Ⅰ型轴作用N1次后的容许弯沉值设计的路面结构,应与按Ⅱ型轴作用N2次的容许弯沉值设计的路面结构相同,所以lR1/lR2必然等于同一路面结构上Ⅰ型轴与Ⅱ型轴作用的弯沉比l1/l2。即:

(7)

以式(7)代入式(4)得：

(8)

此即以弯沉为设计指标时,轴载换算的形式。根据资料,此处c=0.2。

2.2 轴载换算方法的建立

计算对象及荷载图示确定后，将每一个荷载图示施加到各路面结构上进行弹性层状体系理论力学计算。根据轴载调查的结果，单轴双轮轴载上限为235 kN。所以，计算过程中，对每一结构和荷载图示选取轴载范围为130 kN～235 kN，间隔为20 kN，算得的所有130 kN以上轴重作用下弯沉值、基层层底拉应力，与标准轴载100 kN弯沉值、基层层底拉应力及各自的轴荷参数共同代入式(3)，式(4)，分别计算a,b。

2.3 计算结果分析

表1 不同交通量等级下的干线公路典型沥青路面结构计算统计情况

表1为上海市不同交通量等级下的干线公路典型沥青路面结构计算结果统计值，从表1中可看出，当轴载大于130 kN时，指数a,b值较为稳定，均值之间的差异多在0.005左右，分级统计的变异系数多在1.0%以下，最大仅有0.59%；适应交通等级越大的结构，其对应的轴载换算指数均呈现增大的趋势，但增加值很小，即基于弯沉等效的轴载换算指数对路面厚度、各层模量比不是非常敏感。

从表1可以看出，对于某种特定类型的路面结构，其对应的a,b值偏差系数均较小，指数值较为稳定，证明轴载推导公式可行。对于适应中等交通、重交通、特重交通这三类路面结构对比来看，路面越厚，结构强度越高，其相应的指数值呈现增大的趋势,b值从1.008变化到1.016。说明轴载换算指数随着路面结构强度和公路等级的提高而略有增大。这一结论也和有关文献相吻合[4,5]。

3 结语

从表1可以看出，尽管轴载换算指数随着路面结构强度和公路等级的提高而略有增大，但因增大幅度不大，为了简化起见，对于上海干线公路典型沥青路面结构，轴重大于130 kN时，其基于弯沉等效的轴载换算指数可分别取其三类结构计算结果的平均值5.06。

[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)：23-33．

[2] 同济大学.上海市干线公路性能状况分析与技术对策研究总报告[R].2009．

[3] 林绣贤.柔性路面结构设计方法[M].北京:人民交通出版社,1988.

[4] 王 辉,武和平.沥青路面按弯沉等效轴载换算的研究[J].中国公路工程学报，2003，16(1):71-73.

[5] 交通部公路科学研究所,东南大学,长沙交通学院.沥青路面轴载换算标准的研究总报告[R].2000.

Onanalysisofaxleexchangeindexesfordeflectionofasphaltpavementunderheavyloading

ZhangLijuan

(CollegeofArchitecturalEngineering,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai201418,China)

The paper adopts bisar software, researches the changing law for the axle exchange index of the semi-rigid basement asphalt roadbed structure along with the roadbed structure based on the deflection equivalence under the heavy loading, and provides some recommendation value.

asphalt roadbed, heavy loading, deflection, axle exchange index

1009-6825(2017)23-0146-02

2017-06-01

张丽娟(1978- )，女，博士，讲师

U416.223

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