基于路基頂面壓應(yīng)變的柔性基層瀝青路面軸載換算研究

夏正豐

（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京 210096）

基于路基頂面壓應(yīng)變的柔性基層瀝青路面軸載換算研究

夏正豐

（東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京 210096）

針對(duì)柔性基層瀝青路面，利用彈性層狀體系A(chǔ)PBI程序計(jì)算了不同路面結(jié)構(gòu)在不同軸載和胎壓作用下的基層頂面壓應(yīng)變，根據(jù)軸載換算等效原則，計(jì)算出以基層頂面壓應(yīng)變?yōu)榭刂浦笜?biāo)的軸載換算指數(shù)。結(jié)果表明，不同軸重、胎壓和路面結(jié)構(gòu)對(duì)軸載換算指數(shù)影響較小，各種情況下軸載換算系數(shù)平均值為0.320；結(jié)合路基頂面容許壓應(yīng)變，計(jì)算得到基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載換算指數(shù)為1.6。

公路；柔性基層；壓應(yīng)變；軸載換算指數(shù)

JTG D50-2006《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的軸載換算公式是在對(duì)當(dāng)時(shí)已建成典型路面結(jié)構(gòu)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上提出的，側(cè)重于半剛性基層和低等級(jí)柔性基層瀝青路面，并且主要以彎沉和彎拉應(yīng)力指標(biāo)作為控制軸載換算指標(biāo)。針對(duì)瀝青路面軸載換算指標(biāo)，國內(nèi)外學(xué)者作了大量研究：王輝等根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)推導(dǎo)了彎沉等效下半剛性基層瀝青路面采用軸載比的軸載換算公式，換算結(jié)果更準(zhǔn)確且生產(chǎn)上使用更方便；孫志林利用BISAR程序計(jì)算得到基于路基頂面壓應(yīng)變的半剛性基層軸載換算系數(shù)為4.93；對(duì)于柔性基層瀝青路面，程繼順、鄧小剛等考慮柔性基層瀝青路面材料的非線性，采用粘彈性有限元法分析重載交通對(duì)柔性基層瀝青路面路表彎沉的影響，提出了軸載換算指標(biāo)，得到了柔性基層瀝青路面的軸載換算公式。國外很多組織的柔性路面設(shè)計(jì)方法采用了路基頂面壓應(yīng)變指標(biāo)，通過對(duì)路基頂面壓應(yīng)變的控制達(dá)到控制車轍和路基破壞的目的。該文利用彈性層狀體系A(chǔ)PBI程序，計(jì)算7種結(jié)構(gòu)柔性基層在不同荷載、胎壓下的路基頂面壓應(yīng)變，回歸得到基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載系數(shù)，以供參考。

1 路基頂面壓應(yīng)變軸載換算理論

根據(jù)彈性層狀體系理論，單軸雙輪組在不同軸載作用下的路基頂面壓應(yīng)變比的簡化公式為：

式中：εz1、εz2為不同軸載下路基頂面壓應(yīng)變；P1、P2為不用軸載對(duì)應(yīng)的軸重（k N）；b為軸載換算指數(shù)。

根據(jù)林繡賢提出的路基頂面容許壓應(yīng)變計(jì)算公式［見式（2）］，按照軸載換算等效原則，按Ⅰ型軸載作用N1次要求的路基頂面容許壓應(yīng)變?chǔ)舲d1設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)與Ⅱ型軸載作用N2次要求的路基頂面容許壓應(yīng)變?chǔ)舲d2設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)相同。因此，εzd1、εzd2必然等于同一路面結(jié)構(gòu)上的Ⅰ與Ⅱ軸載作用的實(shí)際路基頂面壓應(yīng)變?chǔ)舲1、εz2［見式（3）］。

式（4）即為路基頂面壓應(yīng)變等效時(shí)的軸載換算公式。

2 軸載換算指數(shù)的計(jì)算與結(jié)果分析

參照國內(nèi)外研究成果，選取不同結(jié)構(gòu)組合的7種柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)（見表1）進(jìn)行對(duì)比分析。利用APBI程序計(jì)算不同路面結(jié)構(gòu)在不同軸載、不同胎壓下路基頂面壓應(yīng)變，結(jié)果見表2。

從表2可看出：1）對(duì)于同一種路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)胎壓相同時(shí)，路基頂面壓應(yīng)變隨著軸載增加明顯增大，不同結(jié)構(gòu)的增加速率大致相同（見圖1）。當(dāng)軸載相同時(shí)，路基頂面壓應(yīng)變隨著胎壓的增加明顯增大，不同結(jié)構(gòu)的增加速率大致相同（見圖2）。表明軸載和胎壓對(duì)柔性基層瀝青路面路基頂面壓應(yīng)變的影響較大，胎壓對(duì)路基頂面壓應(yīng)變的影響大于軸載。2）當(dāng)軸載和胎壓相同時(shí)，不同結(jié)構(gòu)的路基頂面壓應(yīng)變略有不同，結(jié)構(gòu)4的值最小，各壓應(yīng)變值的最大差值約為3.3%。對(duì)比分析結(jié)構(gòu)1與結(jié)構(gòu)6、結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)5，路基頂面壓應(yīng)變值均相同，表明當(dāng)瀝青路面各結(jié)構(gòu)層厚度相同時(shí)，其基層模量的改變對(duì)壓應(yīng)變值沒有影響。

表1　柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

表2　20℃時(shí)不同軸載與胎壓作用下路基頂面壓應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

圖1　不同軸載下路基頂面壓應(yīng)變值

圖2　不同胎壓下路基頂面壓應(yīng)變值

以路基頂面壓應(yīng)變?yōu)榭刂浦笜?biāo)、100 k N為標(biāo)準(zhǔn)軸載，利用式（1）換算所得的軸載系數(shù)見表3。從表3可以看出：輪胎壓力的變化對(duì)軸載換算指數(shù)b的影響不明顯；基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載換算系數(shù)的平均值為1.6。

表3　20℃時(shí)以100 k N為標(biāo)準(zhǔn)軸載的軸載系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

（1）對(duì)于同一種柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，在軸載相同時(shí)，胎壓對(duì)路基頂面壓應(yīng)變的影響較大；在胎壓相同時(shí)，軸載對(duì)路基頂面壓應(yīng)變的影響也較大。產(chǎn)生同樣大小的路基頂面壓應(yīng)變所需的胎壓變化量較小，路基頂面壓應(yīng)變對(duì)胎壓的敏感性更高。

（2）基于路基頂面壓應(yīng)變的軸載換算指數(shù)受胎壓、軸重及路面結(jié)構(gòu)影響較小，通過計(jì)算得到其軸載換算指數(shù)為1.6。

該文沒有考慮柔性基層瀝青路面材料的非線性特征，有待進(jìn)一步完善。

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2016-01-20