旧沥青路面加铺的力学分析

周 运 霞

(山西长城路桥建设开发有限公司，山西 太原 030006)

旧沥青路面加铺的力学分析

周 运 霞

(山西长城路桥建设开发有限公司，山西 太原 030006)

通过对旧沥青路面加铺的力学分析，了解弯沉、结构层的弯拉应力、剪应力、竖向压应力及路基顶面压应变，为加铺设计提供参考。

应力，应变，力学分析，沥青路面，加铺

全国每年有很多公路需要养护或改造，其中路面的补强设计是非常重要的环节，通过分析加铺层的受力特性，为路面补强设计提供科学依据。

1 计算方法

本文采用等效双圆垂直均布荷载和三维力学模型计算分析不同轴载下加铺后路面结构弯沉、应力、应变的变化规律。

2 加铺路面结构方案及材料参数

为了便于分析旧沥青路面加铺后的力学性能，拟选定了以下加铺路面结构和材料参数,见表1。

表1 拟选定的路面结构和材料参数表

3 弯沉的计算及分析

通过计算得出不同荷载作用下的层底最大弯沉值,见表2。

表2 不同荷载作用下的层底最大弯沉值 mm

由表2可知：1)路表弯沉值随着轴载的增加而增大。当轮载从0.707 MPa增加到0.85 MPa时，车辆后轴位置处沿路面竖向的层底最大弯沉值增加71.4%；当轮载从0.85 MPa增加到1.0 MPa时，层底最大弯沉值增加58.3%，比轮载为0.707 MPa时增加1.72倍；当轮载从1.0 MPa增加到1.2 MPa时，层底最大弯沉值增加68.9%，比轮载为0.707 MPa时增加3.58倍；当轮载从1.2 MPa增加到1.4 MPa时，层底最大弯沉值增加53.0%，比轮载为0.707 MPa时增加6.1倍。2)随着载重的加大层底最大弯沉的增幅较大，路表弯沉对轴载变化较敏感,轴载略增加一点,就引起路面变形较大的变化。3)进一步进行数据分析，可以看出弯沉值与轴载几乎成直线变化。

4 弯拉应力的计算及分析

通过计算得出不同荷载作用时路面层底最大拉压应力,见表3。由表3可知：1)层底的最大拉压应力均随着轴载的增加而增大。当轮载从0.707 MPa增加到0.85 MPa时，面层底面的最大拉压应力增加52.4%，底基层底面的最大拉压应力增加64.5%；当轮载从0.85 MPa增加到1.0 MPa时，面层底面的最大拉压应力增加42.2%，底基层底面的最大拉压应力增加51.0%；当轮载从1.0 MPa增加到1.2 MPa时，面层底面的最大拉压应力增加48.4%，底基层底面的最大拉压应力增加55.8%；当轮载从1.2 MPa增加到1.4 MPa时，面层底面的最大拉压应力增加42.2%，底基层底面的最大拉压应力增加41.7%。2)沥青混凝土加铺层所受应力为压应力，需要验算半刚性材料层的层底拉应力即可。对于旧路要充分掌握原半刚性材料的状况，以确定补强厚度和确保设计寿命。3)超载对路面基层拉应力影响较大，设计时要充分考虑超载的作用。

表3 不同荷载作用下路面层底最大拉压应力 MPa

5 剪应力的计算及分析

通过分析计算在垂直荷载作用下，沥青面层内最大剪应力出现在距离圆心10.3 cm位置处，路面最大剪应力值见表4。从表4可以看出:1)荷载的变化在荷载作用区域内对剪应力的影响是较大的。当Z=0.04 m，轮载从0.707 MPa增加到0.85 MPa，1.0 MPa，1.2 MPa和1.4 MPa时，最大剪应力的峰值分别增加33.9%，78.5%，133%和181%。当荷载加大时，随着深度的增加，最大剪应力值的增加量越来越大。当轮载从0.707 MPa增加到0.85 MPa时，Z=0.04 m处最大剪应力增加38%；Z=0.1 m处的最大剪应力增加52.6%；Z=0.40 m处最大剪应力增加97.6%。底基层层底最大剪应力对轴重的增加相当敏感。2)表层剪应力较大,要求沥青混合料具有较高的抗剪强度，尽可能地减少车辙的发生。

表4 路面最大剪应力值 MPa

6 路基顶面压应变计算及分析

沥青路面在车辆荷载的作用下将产生压缩变形，通过计算得出不同轴载路基顶面竖向压应变的情况,见表5。由表5看出:1)对于半刚性基层沥青路面，一方面土基顶面压应变均较小。当轮载从0.707 MPa增加到0.85 MPa时，路基顶面竖向压应变增加52.6%；当轮载从0.85 MPa增加到1.0 MPa时，路基顶面竖向压应变增加48.6%；当轮载从1.0 MPa增加到1.2 MPa时，路基顶面竖向压应变增加57.9%；当轮载从1.2 MPa增加到1.4 MPa时，路基顶面竖向压应变增加61.3%。相对于轮载0.707 MPa，路基顶面竖向压应变分别增加52.6%，126.75%,258.1%和477.5%。2)对于极重和特重交通，需要特别注意路基顶面压应变的控制，在勘察设计时要详细调查旧路路基状况。

表5 路基顶面竖向压应变

7 竖向压应力计算及分析

通过计算，不同荷载作用下路面竖向压应力见表6。从表6可以看出:各轴载产生的竖向压应力随着深度的增加而逐渐减小，轴载对竖向压应力较大，如1.2 MPa的轮载在面层底面产生的压应力分别是0.07 MPa轮载在面层底面产生的压应力的2倍和2.7倍；1.2 MPa的轮载在基层底面产生的压应力是0.07 MPa轮载在基层底面产生的压应力的5倍。所以对于极重和特重交通一方面要补足够的强度，另一方面要重视各层材料设计，以满足交通需求。

表6 路面竖向压应力值

8 结语

通过以上计算与分析得出以下结论：1)高度重视轴载谱及交通参数的调查，为设计提供重要依据。2)需要重视沥青混合料加铺层的材料设计，以满足交通荷载的要求。3)通过调查充分掌握旧路基层状况，特别是剩余强度，为补强设计提供依据。4)掌握旧路土基状况，以采取措施解决由于特重、极重交通作用而可能引起的压密性车辙。

Mechanicalanalysisofoldasphaltpavement

ZhouYunxia

(ShanxiGreatWallRoadBridgeConstructionandDevelopmentCorporationLtd,Taiyuan030006,China)

Based on the mechanical analysis of old asphalt pavement, the paper helps to realize flexure, the flexural-tensile stress of structural layer, shearing strength, vertical compress stress and compression strain at surface of embankment, providing references for the design of overlay.

stress, strain, mechanics analysis, asphalt pavement, overlay

1009-6825(2017)23-0154-02

2017-06-05

周运霞(1970- )，女，工程师

U416.217

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