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摘 要：大量城市道路基于城市化道路交通量的不断增大面临改造,沥青加铺由于其优越性而成为首选,本文分析了反射裂缝的产生机理,并应用有限元软件对不同加铺层厚度、模量变化下加铺层的应力变化进行了模拟研究.
关 键 词：城市道路 反射裂缝 数值分析
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)02(a)-0044-01
随着我国城市化的发展,道路交通量和汽车载重急剧增加,对路面结构破坏日趋严重；大大加速了现有城市道路的使用寿命,加上设计、施工等方面原因,目前大量城市道路都普遍面临修复量大的问题.由于沥青加铺层能有效改善旧混凝土路面的使用性能,提高城市品质及舒适度,因此在混凝土路面改造中应用最多,但如何有效的控制反射裂缝的产生和发展一直是路面工程研究的重点和难点.
1 反射裂缝的产生机理
由于旧水泥混凝土路面板接、裂缝处不能承受拉应力和剪应力,裂缝和接缝顶面的沥青罩面层最容易受到伤害,因此反射裂缝一般情况下与旧水泥混凝土路面板的裂缝和接缝相对应.当归水泥路面板发生移动(水平、竖向)时,在裂缝和接缝顶面的加铺层中产生应力集中,形成反射裂缝.当沥青罩面层中某点的临界应力超过沥青混凝土本身的极限强度时,沥青暇面层即达到破坏状态.实际上,沥青暇面层中的反射裂缝从其产生到整个路面破坏,中间要经历一个裂缝扩展阶段,即反射裂缝在罩面层厚度方向上的纵向扩展和沿接缝长度方向的横向扩展.
总的来说,温度应力引起反射裂缝的产生,并参与其最初的扩展,荷载应力加速了裂缝的进一步扩展.
2 反射裂缝的有限元分析
应用abaqus大型有限元分析软件对路基路面进行数值模拟,并考虑不同的加铺层厚度、模量状况下主应力及剪应力变化.
2.1 计算模型假定
旧混凝土板上加铺沥青层路面结构,其接缝处的计算模型既区别于弹性层状体系,也不同于弹性地基上的板,为便于理论分析,采用如下假设.
各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体；各层层间竖向、水平位移均连续；基础底面各向位移为零,基础侧面水平方向位移为零；不计路面结构的自重影响；接缝宽度假设为1cm,且接缝处无传荷能力.
2.2 材料荷载参数选取
路面结构各层材料的弹性模量、泊松比的取值：沥青面层材料的弹性模量的取值主要根据本研究所做的试验中所得结果进行取值得1000MPa,泊松比是根据规范中沥青混凝土的在常温下的取值0.35；旧水泥混凝土路面模量值平均取2500MPa,泊松比为0.15；土基参考得弹性模量的取值为150MPa,泊松比为0.3.应力分析采用标准轴载BZZ-100,轴重100kN,轮压0.7MPa,双轮中心距为32cm,轮距182cm.轮胎接地面积假设为矩形.
2.3 计算结果分析
由表1可知,随着沥青加铺层模量的增加,接缝处的最大主应力,最大剪应力都逐渐增大.当模量从600MPa增加到1600MPa时,最大主应力与最大剪应力分别增加了22.4％和40.0％.由于温度对加铺层模量的影响很大,沥青混合料的模量随温度的降低而增大,因此,在低温季节加铺层内的应力将变得不利,易出现反射裂缝；接缝区加铺层受沥青层厚度影响较大尤其是在初期,曲线下降的速度快,当厚度由60mm增加到150mm时,最大剪应力减小了47.4％,当加铺层增加到210mm时,最大剪应力减小了51.2％；而当继续增加加铺层厚度最大剪应力也在减小,但是减小的效果愈来愈不明显.最大主应力同样的规律.因此,适当增加加铺层厚度对防治反射裂缝是十分有效的,但是当加铺层厚度大于200mm时,再通过增加厚度来防治反射裂缝的效果不明显,从成本上来计算也是不经济的.
3 结语
通过应用abaqus有限元分析软件建立模型分析,结果表明温度对加铺层模量影晌较大,低温季节容易出现反射裂缝；适当加铺层厚度可以防治反射裂缝,但当大于20cm时,成本增加的基础上防治效果也渐小.