復(fù)合式路面界面層剪應(yīng)力的簡(jiǎn)化分析_工程管理

1、復(fù)合式路面界面層剪應(yīng)力的簡(jiǎn)化分析針對(duì)剛?cè)釓?fù)合式路面界面層所受剪應(yīng)力，運(yùn)用功能原理建立界面層剪應(yīng)力簡(jiǎn)化計(jì)算模型。分析車輛在不同行駛速度和剎車距離狀況下，剛?cè)嵝月访娼缑鎸铀艿降募魬?yīng)力大小。計(jì)算結(jié)果顯示：在行駛速度為120Km/h，剎車距離為50m時(shí)，界面層所受到的最大剪應(yīng)力不會(huì)超過0.778MPa。1. 引言剛?cè)嵝月访嬷饕▋煞N結(jié)構(gòu)形式，一種是就水泥混凝土路面上加鋪瀝青層，俗稱“白改黑”路面，另一種是水泥混凝土橋?yàn)r青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)，二者在受力上有很多的相像之處。剛?cè)釓?fù)合式路面面層材料模量相差大，其損壞形式大體相像，如：推移、開裂、剝離。究其緣由，都是由于界面層的剪切破壞和粘結(jié)破壞，而界面層的破

2、壞十有八九是由于界面層抗剪強(qiáng)度不足所致,因此,剛?cè)嵝月访娼缑鎸铀芗魬?yīng)力大小及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)特別關(guān)鍵。有許多文獻(xiàn)資料都對(duì)剛?cè)嵝月访娼缑鎸蛹魬?yīng)力進(jìn)行過理論分析和計(jì)算，通常都采納數(shù)值模擬軟件，建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算。目前有很多通用的有限元分析軟件可以用于各種路面結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算，如ANSYS，ADNIA，SAP系列等。相對(duì)于平面的二維有限元分析，三維有限元分析能更好地模擬實(shí)際的路面結(jié)構(gòu)，其分析結(jié)果也更接近路面實(shí)際的受力特點(diǎn)。運(yùn)用三維有限元分析計(jì)算剛?cè)嵝月访娼缑鎸拥氖芰?，可以考慮車輛軸載、車輛行駛狀態(tài)、瀝青層厚度、瀝青層模量、界面層粘結(jié)狀態(tài)等因素對(duì)界面層受力的影響。采納有限元分析法雖然能夠?qū)缑鎸铀?/p>

3、剪應(yīng)力進(jìn)行全面細(xì)致的計(jì)算分析，如忽視模型本身的誤差，其分析計(jì)算結(jié)果也相對(duì)精確。但是，有限元建模過程簡(jiǎn)單，需要肯定的有限元建模學(xué)問，許多人在短時(shí)間內(nèi)無法完成，給有限元分析結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用造成了肯定的阻礙。2. 剛?cè)嵝月访娼缑鎸蛹魬?yīng)力的簡(jiǎn)化模型相關(guān)討論表明，界面層在剎車時(shí)受到的剪應(yīng)力較車輛正常行駛時(shí)產(chǎn)生的剪應(yīng)力大許多，由于工程結(jié)構(gòu)物類型簡(jiǎn)單，交通條件和自然環(huán)境條件也時(shí)常變化，有限元分析往往無法將全部的因素都考慮進(jìn)去，因此，本文出于偏平安的考慮，采納簡(jiǎn)化的力學(xué)分析方法，考查在最不利狀況下(超載剎車)鋪裝層所承受的最大剪應(yīng)力。假定剎車時(shí)的慣性力完全傳遞到界面層，完全由相應(yīng)面積下的界面層的抗剪力量擔(dān)當(dāng)剎車

4、時(shí)產(chǎn)生的水平荷載(在實(shí)際剎車過程中，車輛制動(dòng)距離、輪胎類型、路表面構(gòu)造、鋪裝層厚度等都會(huì)影響水平荷載的大小)。本次計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100和標(biāo)準(zhǔn)軸載超載30%兩種軸載狀況下，在不同行駛速度，剎車產(chǎn)生的剪應(yīng)力。標(biāo)準(zhǔn)軸載超載30%后，軸重增加，輪胎接地壓力會(huì)有顯著增大，輪胎壓力增加，接地面積也會(huì)隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。實(shí)際交通量大的高等級(jí)大路、存在較頻繁超載、超限車輛運(yùn)輸?shù)穆范?氣候條件惡劣、年最高氣溫與最低氣溫相差超過45或年最高氣溫超過35的路段;其次類工程：各種形式的中型橋梁，無特別路段的大型橋梁;無特別路段的各高等級(jí)大路，實(shí)際交通量不超過初試設(shè)計(jì)量，不存在頻繁的超載、超限車輛運(yùn)輸路段;氣候條件一

5、般，年最高溫度不超過35，年最高氣溫與最低氣候相差不超過45的路段;第三類工程：各種形式的小橋，無特別路段的中橋;無特別路段的各等級(jí)大路(除高速大路，城市主干道和各干線大路之外);交通量較小，不存在超載、超限車輛運(yùn)輸路段;氣候條件較好，年最高溫度不超過30，年最高氣溫與最低氣溫相差不超過40的路段。4. 剛?cè)嵝月访娼缑鎸涌辜魪?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)通過對(duì)剛?cè)嵝月访娼缑鎸蛹魬?yīng)力的簡(jiǎn)化分析與計(jì)算，得到了正常狀況下界面層所受到剪應(yīng)力最大值為0.778MPa。那么，對(duì)于實(shí)際工程而言，如何制定合理的界面層抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)關(guān)鍵問題。標(biāo)準(zhǔn)定得過高，勢(shì)必造成不必要的鋪張，而且給設(shè)計(jì)和施工帶來很多困難。標(biāo)準(zhǔn)定得過低，將起不到

6、掌握作用，路面簡(jiǎn)單發(fā)生破壞。筆者認(rèn)為，剛?cè)嵝月访娼缑鎸涌辜魪?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)在界面層力學(xué)分析基礎(chǔ)上，考慮到路面使用品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)性的平衡，照看到絕大多數(shù)的工程實(shí)際狀況?？紤]工程所在地氣候條件，交通條件，工程重要程度等等因素。綜合考慮各種因素后，制定合理的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。筆者的思路是，首先依據(jù)工程所在地氣候環(huán)境、交通條件、工程重要性，對(duì)工程進(jìn)行分類。分類之前，首先確定分類指標(biāo)，如：氣候條件、交通條件、工程重要程度等。工程所在地屬夏酷熱冬寒冷氣候惡劣區(qū)，年最高氣溫與最低氣溫相差較大，且交通條件較為惡劣，指交通量大、超載超限運(yùn)輸頻繁、由于道路線形設(shè)計(jì)的緣由，使得車輛在行駛時(shí)頻繁消失剎車、加速或緊急制動(dòng)等狀況，并

7、且工程本身比較重要，如特大型的橋梁，高速大路，或是重要的干線大路，城市主干道等。對(duì)于滿意以上三個(gè)條件的，界面抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高;而對(duì)于一般性工程，如：氣候條件較平穩(wěn);交通條件較好，滿意預(yù)先的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求;車輛行駛正常，道路本身無長(zhǎng)大縱坡、急彎等不良行事路段，其界面層抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬。綜合各種因素，結(jié)合目前的實(shí)際狀況，提出如下界面層抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，以上抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定，主要是基于路段的實(shí)際交通條件和氣候條件，根本則是考慮到路段界面層可能受到的最大剪應(yīng)力。同時(shí)，并沒有取界面層可能消失的最大剪應(yīng)力，由于，這些最大值往往是在全部不利因素都同時(shí)消失之后取得的，這在實(shí)際中是極少可能消失的?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)的廣泛適用性，考慮到指標(biāo)的可掌握性和可能造成的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，最終的取值通常是考慮到最有可能消失的一些掌握性較強(qiáng)的且又不會(huì)造成巨大鋪張的數(shù)值。5. 結(jié)論本文運(yùn)用功能原理建立剛?cè)嵝越缑鎸蛹魬?yīng)力的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，通過計(jì)算得到正常狀況下，界面層所