公路路面加铺层力学响应对比研究.pdf
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1、122交通科技与管理工程技术0引言从目前我国的公路工程组成结构来看,水泥混凝土路面的比例相对较高,具备较高的抗压强度、抗弯拉强度以及抗磨损性的效果,水稳定性比较好,而且随着投入使用时间的延长,强度呈现出递增的趋势。但是在水泥混凝土路面使用的环节,面板之间存在接缝,降雨时会有雨水进入到板底,在运行的环节比较常见的问题是唧浆、脱空、断裂等。就实际应用结果来说,水泥混凝土路面使用寿命较长,但是后续的管理成本比较高,需要投入大量的人力、物力进行建设才能满足要求。对于表面铺设沥青混凝土结构层来说,性能恢复较为明显,降低维护成本,施工速度也比较快,及时恢复道路通行状态,具备较高的综合利用价值。结合不同的厚
2、度,水泥混凝土路面的加铺橡胶沥青层包含两种情况,分别为23 cm 薄罩面层、1.52 cm 超薄罩面层,不管是选择哪种形式,在加铺沥青罩面层的养护中,都需要面临着比较高昂的费用,管理部门需要承担的投入资金比较多1。因此,该文以某公路项目为案例进行分析,探讨加铺橡胶沥青罩面层之后水泥混凝土路面的车辆荷载下力学响应,为同类型工程项目的施工提供基础。1工程概况某公路项目建设投入运营超过 15 年的时间,应用水泥混凝土路面结构形式,但是在长期投入运行的环节,经过数据统计分析,单日通行车辆的数量从 2 958 辆增加到 6 529 辆,通行量增加幅度过大,21 cm 厚度的水泥混凝土路面无法满足通行的标
3、准,多个部位都出现了严重的断裂问题。基层结构施工环节,应用的材料水稳定性比较差,加上施工工艺控制不严格,导致有些部分的强度性能不合格。由于大量的水分进入到结构内部,使得板材结构损坏严重,强度无法达到设计的标准,特别是车辆持续碾压作用,出现唧浆的病害问题,脱空、断板、沉陷等问题也比较严重。通过管理部门技术人员的现场勘察与分析,经过对现场的调查了解,技术人员应用压浆处理措施,修复孔内问题并灌缝处理,达到结构性能恢复的效果。同时,表面铺设沥青混凝土材料,使用罩面层进行施工,确保路面结构性能恢复。2模型构建2.1三维模型通过管理部门技术人员的现场勘察与分析,技术人员经过充分的分析和研究,选择现场的水泥
4、混凝土板试验方式对各项参数进行检测。在三维模型建设过程中,主要采用 ABAQUS 有限元开展分析,并根据需要建设罩面层的模型,分为两个模型进行模拟计算2,从而对该次研究中两个结构形式的受力相应进行分析。2.2力学模型根据当前结构层的研究特性以及具体的标准,该次工程使用的是 BISAR 辅助设计软件展开力学模型的建设,假设各个结构层的材料是均匀设置,属于线性弹性材料的类型,各个结构层水平面没有尺寸约束。通过剪切模量的数据分析,了解黏结的具体情况,然后根据要求布置中间层,再进行剪切应力的测试分析,掌握现场的应用条件。摩擦系数按下式计算:()1/KKE=+(1)收稿日期:2023-08-24作者简介
5、:孙婧尧(1995),女,本科,助理工程师,从事公路工程管理工作。公路路面加铺层力学响应对比研究孙婧尧(山西晋宇路桥工程有限责任公司,山西 太原 030000)摘要为解决水泥混凝土路面加铺橡胶沥青性能不足引起路面结构断层、龟裂等问题,文章以某项目工程为例,通过使用 ABAQUS 软件构建三维加铺沥青橡胶薄层结构模型,从路表弯沉、沥青罩面层以及水泥混凝土层的结构剪切应力的分布与水平状态进行分析。研究表明,受到车辆超重影响下,橡胶沥青薄罩面层的受力影响与罩面层厚度及模量有密切联系;罩面层厚度增加,虽然能够有效改善水泥混凝土路面面板及沥青层之间的拉应力,可以优化路面结构的受力值,但是这种方法从可靠性
6、、经济性分析不具备可选性;开展设计时,需要了解路面结构受力要求与罩面层厚度需求,力求实现结构层之间的平衡。关键词公路工程;水泥路面;橡胶沥青;三维模型;罩面层;力学响应 中图分类号U416.2文献标识码A文章编号2096-8949(2023)22-0122-032023 年第 4 卷第 22 期123交通科技与管理工程技术式中,层间摩擦系数;K中间层剪切模量;上层材料泊松比;E上层材料弹性模量(MPa);当量荷载圆半径(m)。在计算中 数值在 01 之间,若数值为 0,则代表路面具备连续性;若参数值为 1,则表示路面处于光滑状态。基于路面力学响应计算值如图 1 所示。图 1力学响应计算图示图中
7、沥青罩面层用h1表示、水泥混凝土层用h2表示、水稳基层用 h3表示。沥青罩面层用 E1表示、水泥混凝土层 E2表示、水稳基层 E3表示、土基回弹模量 E0表示。在现场进行数据计算的环节,通过图 1 进行分析,并结合道路通行的标准使用符合要求的橡胶沥青混合料进行表面铺设施工,形成符合要求的罩面层。在试验操作中,车辆轴载以及轮胎表面的作用力、接触面积都按照要求进行,按照滑动摩擦系数 0.4 进行计算分析,该次试验水平力参数值为 20 kN。3力学响应分析3.1路表弯沉开展路面结构设计的环节,应在标准荷载条件之下进行垂直位移量的设计,分析掌握目前路面结构层所产生的弯沉系数,了解该参数对于公路运行效果
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