基于沥青路面结构层模量组合的路面疲劳寿命研究

杨贺启

(武汉工程大学 湖北 武汉 430000)

基于沥青路面结构层模量组合的路面疲劳寿命研究

杨贺启

(武汉工程大学 湖北 武汉 430000)

考虑路面各结构层不同的模量组合，建立不同路面结构的有限元模型，分析路面结构不同模量组合对于沥青面层最大拉伸微应变影响规律，从而得出不同模量组合对路面疲劳寿命的影响。结果表明：面层与基层模量组合对路面结构受力的影响非常显著，当面层与基层模量相近时，路表最大拉应变和沥青层层底最大拉应变均较小，此时路面疲劳寿命较大。沥青路面设计时，课通过调节不同的路面结构模量组合，使路面结构处于较好的受力状态，以大道延长路面的疲劳寿命的效果。

沥青路面；模量；微应变；疲劳寿命

一、前言

随着道路建设经验的积累和对路面结构认识得不断变化，现代路面结构组合方式趋于多样化。除以半刚性基层为代表的“强基薄面”路面结构形式，倒装路面结构和柔性基层路面结构也渐渐得到应用，从而造成路面结构组合设计越来越复杂。不同的路面结构形式，会对路表最大拉应变和沥青层层底最大拉应变产生不同的影响，因而路面结构的疲劳寿命也会不同。

二、研究方法

采用不同的路面结构层模量组合，建立有限元模型，分别计算计算沥青层的最大微应变，然后预测路面结构的疲劳寿命，从而确定抗疲劳性能较好的结构层模量组合方式。

(一)结构组合方案

为了比较不同的沥青路面结构组合方式的力学影响特性和使用性能，选用相同的路面结构层厚度，到考虑不同的模量组合。该研究所采用的路面结构组合如表1所示。

表1 面层、基层材料参数

(二)有限元模型建立

本研究采用ANSYS建立路面三维有限元模型进行计算分析。该路面结构模型在计算机硬件允许的条件下应该是越大越合理，然而模型不可能无限大。因此，建立的模型基于以下两个条件：一方面为了使计算模型的大小能使计算的结果准确；另外一方面，由于ANSYS为大型的计算分析软件，在计算分析的过程中对计算机的硬件要求较为高，故必须在保证结果准确的情况下，使该模型在计算分析的过程中尽量小，尽量减少对计算机内存的消耗。有限元计算模型如图2。

图1 有限元计算模型

三、 沥青层最大微应变计算及路面疲劳寿命分析

利用路面有限元模型，在沥青路面不同面层与基层模量组合下，分别计算不同面层厚度下路表最大拉应变和沥青层层底最大拉应力，并以此对路面结构的疲劳寿命作出分析。

当基层模量较大而面层模量较小时(图4)，随沥青层厚度增加，路表最大拉应变逐渐变大，沥青层层底最大拉应变逐渐减小。在这种模量组合下，由于路表最大拉应力较大，路面结构的疲劳寿命会比较小，路面将很快出现疲劳破坏。

当基层模量较小而面层模量较大时(图5)，随沥青层厚度增加，路表最大拉应变和沥青层层底最大拉应变均逐渐减小。在这种模量组合下，路表最大拉应力也较大，路面结构的疲劳寿命也会比较小，路面将很快出现疲劳破坏。

当基层模量与面层模量相当时(图6)，随沥青层厚度增加，路表最大拉应变和沥青层层底最大拉应变均较小。在这种模量组合下，路面结构的疲劳寿命较大。

图4 结构C计算结果

四、 结论

(1)沥青面层厚度对沥青结构层的受力状况有较大影响。

(2)不同的路面结构层模量组合，路面的受力状态也会有明显变化。面层与基层的模量均不是越大越好，也不是越小越好，只有当面层与基层模量相当水平时，路面结构的受力状态相对较好，此时路面结构的疲劳破坏也会得到有限的控制。

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杨贺启(1991-)，男，汉族，河南漯河人，学生，工学硕士，武汉工程大学桥梁与隧道专业，研究方向：道路工程。