不同基層對瀝青路面車轍影響的對比分析

楊 林 胡云澤*

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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不同基層對瀝青路面車轍影響的對比分析

楊 林 胡云澤*

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

結合實際觀測的氣溫和測定的路用材料的力學參數，使用ABAQUS有限元模型，研究了柔性基層、半剛性基層和復合基層對瀝青路面車轍的影響，結果表明，復合基層兼有半剛性基層和柔性基層的優點，是較好的選擇。

瀝青路面，柔性基層，半剛性基層，復合基層，車轍

0 引言

在車輛荷載的不斷作用下，瀝青路面會出現很大的車轍[1-3]。瀝青路面的路面車轍(在車輛荷載作用下，瀝青路面下凹的變形量)和相對車轍(瀝青路面下凹的變形量與被車輛輪胎上擠的上凸量之和)嚴重影響著行車安全。在車輛荷載的作用下，瀝青面層車轍(在車輛荷載作用處，瀝青面層厚度減小量)越大，則瀝青路面的耐久性越差。而不同種類的基層對于瀝青路面車轍的形成和受力有著不同的影響[4,5]。所以，對不同基層瀝青路面車轍的研究具有十分重要的現實意義。

1 瀝青路面結構層的力學參數

由于在實際瀝青路面中，AC-16，AC-20和AC-25所使用的比較多，所建的模型使用這三種瀝青混合料作為瀝青面層。實際測得各種路用材料的力學參數如表1,表2所示。

表1 AC-16,AC-20和AC-25的材料參數

2 瀝青路面的設計和有限元計算

2.1 瀝青路面結構設計

設計高速公路瀝青路面結構，所設計的累計當量軸次為2 098萬次。為便于比較，當瀝青面層相同時，使用HPDS設計軟件分別設計基層為水泥穩定碎石、骨架密實型級配碎石、連續級配型級配碎石和復合型基層的瀝青路面結構。所得到的結果如表3所示。

表2 各類基層的力學參數

表3 4種不同基層的瀝青路面結構

2.2 瀝青面層相同時車轍的有限元計算

利用ABAQUS有限元軟件計算在相同車輛荷載作用下一個車道上產生的路面車轍、面層車轍和相對車轍。因為各輪組之間的影響很小，所以，只研究一個輪組的情況即可。所建模型的寬度為3.75 m，高度為3.5 m。輪胎壓力為0.7 MPa。所建立的有限元模型如圖1所示，荷載作用后，放大的車轍云圖如圖2所示。

依據研究成果[6,7]，車輛荷載作用一次的時間按照式(1)[7]計算。

(1)

其中，t為車輛荷載累計所用時間，s；N為車輪荷載作用次數，次；P為車輛軸重，kN；nw為軸的輪數，個；p為輪胎接地壓力，MPa；B為輪胎接地寬度，cm；v為行車速度，km/h。

哈爾濱地區夏季很短，這是車轍產生的主要時間。調查了哈爾濱地區最近5年來夏季一天24 h的溫度作為研究車轍的溫度變化量，如表4所示。

表4 哈爾濱夏季一天不同時刻的氣溫

依據以上測得的實驗數據，分別在不同作用次數下，使用ABAQUS有限元軟件對表3中瀝青路面結構的路面車轍、面層車轍和相對車轍進行計算，瀝青路面中面層的剪應力計算結果如圖3所示，車轍計算結果如圖4～圖6所示。

從圖3中可以看出，隨著加載次數的增加，瀝青路面面層剪應力逐漸減小。從圖4～圖6中可以看出，隨著加載次數的增加，路面車轍、面層車轍和相對車轍是逐漸增大的，但是其變化率逐漸減小，這與面層剪應力的逐漸減小是吻合的。

對于路面車轍來說，兩種級配碎石基層瀝青路面車轍基本相同，其次為半剛性基層瀝青路面，最小為復合型基層瀝青路面。從路面車轍考慮，復合型基層瀝青路面的路用性能最好。

對于瀝青面層車轍來說，兩種級配碎石基層的瀝青面層車轍和復合型基層瀝青面層車轍非常接近，只有半剛性基層瀝青路面的面層車轍比較大，它與骨架密實型級配碎石基層、連續級配型級配碎石基層和復合基層瀝青路面的面層車轍分別相差11.94%,13.13%和8.67%。從耐久性方面考慮，應當選擇兩種級配碎石基層瀝青路面或是復合型基層瀝青路面，在此基礎上考慮經濟因素，選擇復合型基層瀝青路面是比較合理的。

對于相對車轍方面來說，半剛性基層瀝青路面的相對車轍最大，它與骨架密實型級配碎石基層、連續級配型級配碎石基層和復合基層瀝青路面的相對車轍分別相差7.79%,7.91%和6.86%。骨架密實型級配碎石基層、連續級配型級配碎石基層和復合基層瀝青路面的相對車轍非常相近。如果考慮經濟因素，選擇復合型基層瀝青路面是比較合理的。

3 結語

當瀝青面層相同時，在路面車轍方面，在相同車輛荷載作用下，復合基層瀝青路面車轍最小，其次是半剛性基層瀝青路面車轍，最后是骨架密實型級配碎石基層瀝青路面車轍和連續級配型級配碎石基層瀝青路面車轍。在瀝青面層車轍方面，半剛性基層瀝青路面最大，其余三種非常相近。在相對車轍方面，半剛性基層瀝青路面最大，其余三種也非常相近。所以，綜合這三個方面并考慮經濟因素，應當優先選取復合型基層瀝青路面。復合型基層瀝青路面兼有半剛性基層瀝青路面和柔性基層瀝青路面的優點，在瀝青路面設計時應當首先考慮使用復合型基層瀝青路面。

[1] 黃曉明,范要武,趙永利,等.高速公路瀝青路面高溫車轍的調查與實驗分析[J].公路交通科技,2007,24(5):16-20.

[2] 王 輝,李雪連,張起森.高溫重載作用下瀝青路面車轍研究[J].土木工程學報,2009,42(5):139-144.

[3] 周 嵐,倪富健,趙巖荊.環境溫度及荷載對瀝青路面車轍發展的影響性分析[J].公路交通科技,2011,28(3):42-47.

[4] 李麗民,張國祥.抗車轍柔性基層耐久性瀝青路面車轍疲勞影響規律[J].長安大學學報(自然科學版),2015,35(3):59-66.

[5] 張艷紅,申愛琴,郭寅川,等.不同類型基層瀝青路面設計指標的控制[J].長安大學學報(自然科學版),2011,31(1):6-11.

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[7] 廖公云,黃曉明.Abaqus有限元軟件在道路工程中的應用[M].南京：東南大學出版社,2014.

Abstrac: Combination with the actual temperature and road material mechanics parameters, used the model with finite element software ABAQUS to study the effect of flexible base, semi-rigid base and compound base on asphalt pavement rut. The results show that compound base has the advantages of semi-rigid base and flexible base. It’s the better choice.

Comparative analysis on asphalt pavement rut of different base

Yang Lin Hu Yunze*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

asphalt pavement, flexible base, semi-rigid base, compound base, rut

1009-6825(2017)07-0126-02

2016-12-24

楊 林(1970- )，男，博士，副教授

胡云澤(1992- )，男，在讀碩士

U416.217

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