基于ANSYS的沥青路面温缩裂缝间距研究

□韩 硕 刘 浩 章文姣

沥青混凝土路面是我国高等级公路的主要结构型式[1]。在道路运营阶段，由于车辆荷载及外界环境因素的综合作用，沥青路面会出现各种早期病害，如果得不到抑制并不断发展，将影响道路使用效果，更甚者将影响行车安全。在我国北方地区，温缩裂缝是一种十分普遍的早期病害现象，如果没有尽早处理，将会引起更多严重的并生病害，影响其它结构层的稳定[2～3]。

一、机理与计算模型

沥青路面暴露在大气中，受到气温变化的直接影响。当外界温度降低时，沥青路面发生收缩变形，由于受到路面连续体约束与层间摩阻力的共同作用，在收缩应力达到沥青混凝土极限抗拉强度时，路表面将会出现温缩裂缝[4]。

本文对某沥青路面公路进行研究，通过有限元分析软件ANSYS建立几何计算模型，分析不同因素对温缩裂缝间距的影响。计算模型如图1所示，包括面层、基层、垫层和土基。

图1 道路有限元模型

计算过程包括热分析和结构分析，对应单元类型分别为SOLID70热实体单元和SOLID45结构实体单元。考虑面层和基层间摩阻力的影响，选择TARGE170目标单元和CONTA173接触单元。

二、裂缝间距分析

沥青混凝土由沥青、集料、矿粉和外加剂等组成。不同配合比沥青混合料性能有所不同。温缩裂缝影响因素很多，不能一一考虑，从以下几个主要因素进行分析。沥青路面温缩裂缝的发生受到体内温度应力的影响，当路面结构内温度应力超过沥青混凝土极限抗拉强度便会出现。

(一)降温幅度影响。考虑五种不同降温幅度，研究不同降温幅度对温缩裂缝间距的影响。如图2所示。

图2 降温幅度与裂缝间距关系图

由图2可得不同降温幅度下，路面温缩裂缝间距，如表1所示。

表1 降温幅度与裂缝间距关系表

(二)面层厚度影响。考虑五种不同沥青混凝土面层厚度，研究不同面层厚度对温缩裂缝间距的影响。如图3所示。

图3 面层厚度与裂缝间距关系图

由图3可得不同沥青混凝土面层厚度下，路面温缩裂缝间距，如表2所示。

表2 面层厚度与裂缝间距关系表

(三)面层模量影响。考虑五种不同沥青混凝土面层模量，研究不同面层模量对温缩裂缝间距的影响。如图4所示。

由图4可得不同沥青混凝土面层模量下，路面温缩裂缝间距，如表3所示。

图4 面层模量与裂缝间距关系图

表3 面层模量与裂缝间距关系表

(四)面层温缩系数影响。考虑五种不同沥青混凝土面层温缩系数，研究不同面层温缩系数对温缩裂缝间距的影响。计算结果如图5所示。

图5 面层温缩系数与裂缝间距关系图

由图5可得不同沥青混凝土面层温缩系数下，路面温缩裂缝间距，如表4所示。

表4 面层温缩系数与裂缝间距关系表

三、结语

综上所述，降温幅度对沥青混凝土路面温缩裂缝产生的影响最大，降温幅度越大，裂缝间距越小，单位长度内裂缝数量越多；沥青混凝土面层厚度在一定范围内会对温缩裂缝间距产生影响，但增加到一定程度，影响越来越小；沥青混凝土面层模量与温缩系数对温缩裂缝间距影响变化规律基本一致，参数值越大，裂缝间距越小，单位长度内裂缝数量越多。为减少沥青混凝土路面温缩裂缝，减轻后期维修养护的工作量，在设计和施工过程中，需要注意周围环境的影响，选择适当的沥青混合料类型，并严格按配合比进行施工。