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浅谈路基回弹模量对沥青路面结构设计的影响

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摘要:以半刚性基层方案为研究对象,采用BISAR3.0软件,分析20~100MPa路基回弹模量条件下的路表弯沉值与面层剪应力变化,最后根据数据结果,得出以下结论:①伴随回弹模量不断增大,其对路表弯沉值带来的影响逐渐减弱,新建公路回弹模量应确定在40MPa以上;②路基的回弹模量并不会对面层上剪应力造成太大影响。

关键词:路基;回弹模量;路表弯沉值;面层剪应力

0引言

回弹模量在沥青路面的结构设计中十分重要,其数值大小不仅会对工程造价造成影响,还关系到公路整体使用品质。本文借助BISAR3.0计算软件,深入分析不同回弹模量对公路弯沉值和剪应力造成的实际影响。

1路面结构方案确定

对半刚性基层而言,其拥有良好的刚度、稳定性和强度,适宜作为路面主要承载层,同时还具有造价低、设计与施工成熟等诸多优势,是国内常用的典型路面结构。运用单轴双圆均匀荷载条件下的弹性层状连续体系及其基本理论分析各种回弹模量水平下弯沉、剪应力、面层压应力、基底拉应力实际变化规律,以此明确回弹模量对于公路路面带来的实际影响。此次分析过程中涉及到的参数有标准轴承、垂直荷载等,如果当量圆的半径等于10.65cm,则轮间距可确定为3倍当量圆半径。采用BISAR3.0软件进行计算和分析,为方便计算,给出的假定条件有:路面的横向用y轴表示;车辆行驶的方向用x轴表示,也就是路面的纵向;路面深度方向用z轴表示。在计算得出的结果当中,拉应力与压应力分别为正、负值。在对某个参数所具有的敏感性进行分析时,其余参数均不发生变化。

2回弹模量的实际影响分析

2.1弯沉影响分析

弯沉值是指路面中各个结构层次和路基整体变形的总和。为分析弯沉值受回弹模量变化的影响,路基的回弹模量分别选择九种情况,变化区间为20~100MPa(以10MPa标准递增),各结构层除弯沉值外的参数均不发生变化,通过对比深入分析路面结构的受力,以此得出回弹模量实际变化趋势。当路基的回弹模量为20MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.58mm和0.53mm,后者占前者92%;当路基的回弹模量为30MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.45mm和0.40mm,后者占前者90%;当路基的回弹模量为40MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.38mm和0.33mm,后者占前者87%;当路基的回弹模量为50MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.33mm和0.28mm,后者占前者85%;当路基的回弹模量为60MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.30mm和0.25mm,后者占前者83%;当路基的回弹模量为70MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.27mm和0.22mm,后者占前者82%;当路基的回弹模量为80MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.25mm和0.20mm,后者占前者80%;当路基的回弹模量为90MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.24mm和0.19mm,后者占前者79%;当路基的回弹模量为100MPa时,路表和路基顶面的弯沉值分别为0.22mm和0.17mm,后者占前者77%。(1)路表弯沉值下降约62%,路基顶面弯沉值下降约67%,路基顶面弯沉值占路表弯沉值的百分比在77%~92%范围内,伴随回弹模量不断增大,其对路表弯沉值带来的影响逐渐减弱;(2)相比较小的回弹模量所带来的弯沉值实际影响较大,若回弹模量在40MPa以内,弯沉值的曲线有较大陡度;而超过40MPa后,曲线较为平缓[2]。

2.2剪应力影响分析

在车轮施加的横向作用力下,面层将产生一定剪应力。同样借助BISAR3.0软件,对不同回弹模量造成的剪应力影响进行分析。在回弹模量小于30MPa的情况下,将单圆荷载的中心位置作为控制基准点,重点探讨深度和回弹模量对剪应力带来的影响。

2.3面层压应力影响分析

采用BISAR3.0软件,对双圆荷载中心各个位置上的面层底部竖向应力进行计算,此时路基的回弹模量确定在30MPa。通过计算可得,在双圆荷载中心外15.98cm的位置上,面层底部竖向应力达到最大值。选择不同层位,对深度造成的竖向应力实际影响进行分析,选择6cm,9cm和15cm层位,深入研究竖向应力受基层模量的实际影响。从分析结果中可以看出,面层竖向应力和深度成反比关系,即伴随深度不断增加,面层竖向应力减少。路基的回弹模量不会对压应力造成太大影响。

2.4基底拉应力影响分析

在半刚性基层中,无论层间连续或滑动,面层通常都处在受压区,无法发挥控制作用,所以基底拉应力为路面结构的主要控制因素。实践表明,基底拉应力是结构层产生开裂现象的主要原因,路面使用时会受到荷载长期作用,长时间处在应力和应变的交迭变化情况下,导致结构强度不断降低。在荷载达到一定作用次数以后,基底拉应力就会造成路面开裂。通过对基底拉应力受路基回弹模量变化影响的分析可知,回弹模量由20MPa以10MPa标准上升至100MPa,基底拉应力共降低31%。

3结论

本文借助BISAR3.0计算软件,将半刚性基层方案作为主要研究对象,探讨了不同回弹模量对于弯沉和剪应力带来的实际影响,最终可得出下列结论:(1)路基顶面的弯沉值约占路表弯沉值的80%~90%,而且伴随回弹模量不断增大,其对路表弯沉值带来的影响逐渐减弱,回弹模量在40MPa以内时,弯沉值的曲线有较大陡度,而超过40MPa后,曲线较为平缓。基于此,新建公路回弹模量应确定在40MPa以上,以此提升路面整体承载力。(2)深度在10cm以上时,面层剪应力在深度不断增大的情况下明显降低,说明路基的回弹模量并不会对面层上剪应力造成太大影响,提高回弹模量不是解决波浪、堆挤等病害的有效措施。(3)随深度不断增加,面层竖向应力减少。路基回弹模量不会对压应力造成太大影响。(4)基底拉应力是结构层产生开裂现象的主要原因,路基回弹模量的不断增大,会降低对基底拉应力造成的实际影响。

参考文献:

[1]亢建勋.路基回弹模量变化规律及对沥青路面结构的影响[J].交通世界,2015(7):108-109.

[2]苏红敏.路基回弹模量对沥青路面设计参数的影响[J].黑龙江交通科技,2013(8):9-10.

[3]李会勋.路基回弹模量对沥青路面结构设计的影响分析[J].交通世界,2016(32):34-35.

作者:牛文囡

浅谈路基回弹模量对沥青路面结构设计的影响责任编辑:张雨    阅读:人次
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