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1、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層荷載應(yīng)力分析 摘要：我國(guó)普遍采用的半剛性基層容易產(chǎn)生溫縮裂縫，并反射到路面上形成反射裂縫。橡膠應(yīng)力吸收層能夠吸收、消散車輛荷載作用，從而起到預(yù)防反射裂縫的作用。本文通過(guò)力學(xué)分析計(jì)算，研究在車輛荷載的作用下，橡膠應(yīng)力吸收層對(duì)反射裂縫處路面的受力影響。關(guān)鍵詞：橡膠應(yīng)力吸收層車輛荷載有限元中圖分類號(hào)：TF526文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1111概述由于半剛性基層具有強(qiáng)度高、板體性好等優(yōu)點(diǎn)，且水泥、石灰、粉煤灰等原材料在我國(guó)分布較廣，質(zhì)量較好，同時(shí)我國(guó)高質(zhì)量的瀝青產(chǎn)量又很低，“強(qiáng)基薄面”的半剛性基層瀝青路面成了我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要形式，并幾乎
2、成為唯一的結(jié)構(gòu)形式。但半剛性基層容易產(chǎn)生溫度收縮裂縫，在車輛荷載的反復(fù)作用下又會(huì)反射到路面上來(lái)，即所謂的反射裂縫。我國(guó)11反射裂縫的問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重，使得半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題日益突出。為此半剛性基層上瀝青路面的裂縫問(wèn)題已成為江蘇省公路建設(shè)中迫切需要研究的課題?！?】【4】橡膠瀝青具有較強(qiáng)的柔韌性和抗疲勞性能，充分利用橡膠瀝青的優(yōu)點(diǎn)，由橡膠瀝青膠結(jié)料、單粒徑集料組成的應(yīng)力吸收層(Asphaltrubber-StressAbsorbingMembraneInterlayer，即AR-SAMI)對(duì)減緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展有明顯的效果?！?】本
3、文針對(duì)橡膠應(yīng)力吸收層，從力學(xué)分析方面深入分析AR-SAMI應(yīng)力吸收層或斷級(jí)配混合料對(duì)路面應(yīng)力、應(yīng)變影響，研究其緩解反射裂縫的機(jī)理，也為AR-SAMI的設(shè)計(jì)及施工提供理論參考。2222AR-SAMI力學(xué)模型建立2.1結(jié)構(gòu)組成橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是指鋪筑于半剛性基層與瀝青路面之間或者水泥混凝土路面與瀝青路面之間的，具有高變形能力的橡膠瀝青層。本文中材料構(gòu)成如下：11橡膠瀝青：橡膠粉摻量18%，橡膠瀝青用量2.6±0.2kg/m2。集料：規(guī)格為9.5mm∼13.2mm，用量為12kg/m2。AR-SAMI試驗(yàn)路位于鹽通高速公路YT-YC22
4、標(biāo)，樁號(hào)為K8+999.17∼K12+462.7，施工面積共計(jì)51,408.77m2。試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)組成如圖2.1所示。2.1路面結(jié)構(gòu)組成2.2力學(xué)模型在計(jì)算時(shí)，對(duì)各層的邊界條件及材料性質(zhì)假設(shè)如下：（1）各層都是均勻連續(xù)的線彈性體，土工織物和玻璃纖維格柵在水平方向上各項(xiàng)同性，其它材料各項(xiàng)同性；（2）各層層間為完全連續(xù)；（3）地基底面各項(xiàng)位移為零，地基側(cè)面水平位移為零，基層、面層和夾層的沿路橫斷面上的水平位移為零；（4）不計(jì)路面自重影響。【2】計(jì)算的模型如圖2.2，其中夾層部分的厚度和模量可變，對(duì)于土工織物和玻璃纖維格柵不考慮其厚度，
5、AR-SAMI層取1cm，瀝青碎石厚度取8cm，裂縫寬度取0.5cm。圖2.2路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型圖2.3荷載分布圖11為便于計(jì)算，荷載取18.9cm×18.9cm的正方形，雙輪間距32cm，兩側(cè)輪隙間距為182cm，接觸壓力為0.7MPa，研究發(fā)現(xiàn)荷載作用于裂縫一側(cè)時(shí)，面層底部的應(yīng)力最大，因此在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，荷載位置取在裂縫邊緣，荷載中心距裂縫邊緣9.45cm。計(jì)算荷載分布如圖2.3所示。網(wǎng)格劃分如下圖（圖2.4），對(duì)裂縫頂端，面層底部最小的單元長(zhǎng)度為：1.25mm，最小的節(jié)點(diǎn)間距為：0.625mm。各層材料參數(shù)如下：瀝青混合料E=1800MP
6、a，ν=0.25水泥穩(wěn)定碎石E＝1400MPa，ν=0.25土基E=40MPa，ν=0.35土工織物E=160MPa，ν=0.25玻璃纖維格柵E=5000MPa，ν=0.25AR-SAMI層E=50MPa，ν=0.25瀝青碎石E=700MPa，ν=0.25圖2.4有限元網(wǎng)格劃分圖3333荷載應(yīng)力分析3.1面層底部受力分析11設(shè)置各種防治反射裂縫措施后各種路面結(jié)構(gòu)的瀝青面層底的應(yīng)力情況如表3.1、圖3.1所示：從圖3.1可知，不設(shè)防裂夾層時(shí)，路面底部的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力都達(dá)到了較高的水平，拉應(yīng)力和剪應(yīng)力及最大主應(yīng)力的最大值都集中在裂縫的頂部很窄的區(qū)域
7、，其它部分受壓。最大主應(yīng)力為1.113MPa，而一般的瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度為1.0MPa左右，可見(jiàn)，不設(shè)防裂措施的路面，基層發(fā)生裂縫后，在行車荷載的反復(fù)作用下，瀝青面層底部與基層裂縫相接處在拉應(yīng)力作用下容易開(kāi)裂，并向上反射。表3.1各防裂措施對(duì)面層層底應(yīng)力的影響（荷載應(yīng)力）防裂措施層瀝青面層底部應(yīng)力（MPa）水平拉應(yīng)力σxmax最大剪應(yīng)力τxzmax最大主應(yīng)力σ1max無(wú)防裂夾層0.9650.4331.11311土工織物0.6000.3510.635玻璃纖維格柵0.4320.3490.523AR-SAMI夾層0.3110.2580.421瀝青碎
8、石層0.2390.2540.28700.20.40.60.811.2不設(shè)夾層土工布夾層玻纖格柵夾層SAMI夾層瀝青碎石層MPa拉應(yīng)力最大剪應(yīng)力最大主應(yīng)
