復(fù)合式路面界面層剪應(yīng)力的簡化分析_工程管理

1、復(fù)合式路面界面層剪應(yīng)力的簡化分析針對剛?cè)釓?fù)合式路面界面層所受剪應(yīng)力，運用功能原理建立界面層剪應(yīng)力簡化計算模型。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。計算結(jié)果顯示：在行駛速度為120Km/h，剎車距離為50m時，界面層所受到的最大剪應(yīng)力不會超過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瀝青混合料鋪裝結(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)力大小及抗剪強度指標(biāo)特別關(guān)鍵。有許多文獻資料都對剛?cè)嵝月访娼缑鎸蛹魬?yīng)力進行過理論分析和計算，通常都采納數(shù)值模擬軟件，建立有限元模型進行計算。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)的分析與計算，如ANSYS，ADNIA，SAP系列等。相對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際的路面結(jié)構(gòu)，其分析結(jié)果也更接近路面實際的受力特點。運用三維有限元分析計算剛?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)力進行全面細致的計算分析，如忽視模型本身的誤差，其分析計算結(jié)果也相對精確。但是，有限元建模過程簡單，需要肯定的有限元建模學(xué)問，許多人在短時間內(nèi)無法完成，給有限元分析結(jié)果的實際應(yīng)用造成了肯定的阻礙。2. 剛?cè)嵝月访娼缑鎸蛹魬?yīng)力的簡化模型相關(guān)討論表明，界面層在剎車時受到的剪應(yīng)力較車輛正常行駛時產(chǎn)生的剪應(yīng)力大許多，由于工程結(jié)構(gòu)物類型簡單，交通條件和自然環(huán)境條件也時常變化，有限元分析往往無法將全部的因素都考慮進去，因此，本文出于偏平安的考慮，采納簡化的力學(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、時產(chǎn)生的水平荷載(在實際剎車過程中，車輛制動距離、輪胎類型、路表面構(gòu)造、鋪裝層厚度等都會影響水平荷載的大小)。本次計算了標(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，輪胎接地壓力會有顯著增大，輪胎壓力增加，接地面積也會隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。實際交通量大的高等級大路、存在較頻繁超載、超限車輛運輸?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大路，實際交通量不超過初試設(shè)計量，不存在頻繁的超載、超限車輛運輸路段;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姸葮?biāo)準(zhǔn)通過對剛?cè)嵝月访娼缑鎸蛹魬?yīng)力的簡化分析與計算，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，對于實際工程而言，如何制定合理的界面層抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)是一個關(guān)鍵問題。標(biāo)準(zhǔn)定得過高，勢必造成不必要的鋪張，而且給設(shè)計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，路面簡單發(fā)生破壞。筆者認為，剛?cè)嵝月访娼缑鎸涌辜魪姸葮?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)濟性的平衡，照看到絕大多數(shù)的工程實際狀況?？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，對工程進行分類。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、超載超限運輸頻繁、由于道路線形設(shè)計的緣由，使得車輛在行駛時頻繁消失剎車、加速或緊急制動等狀況，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。對于滿意以上三個條件的，界面抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高;而對于一般性工程，如：氣候條件較平穩(wěn);交通條件較好，滿意預(yù)先的各項設(shè)計要求;車輛行駛正常，道路本身無長大縱坡、急彎等不良行事路段，其界面層抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬。綜合各種因素，結(jié)合目前的實際狀況，提出如下界面層抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)，以上抗剪強度指標(biāo)的確定，主要是基于路段的實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，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消失之后取得的，這在實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的且又不會造成巨大鋪張的數(shù)值。5. 結(jié)論本文運用功能原理建立剛?cè)嵝越缑鎸蛹魬?yīng)力的簡化計算模型，通過計算得到正常狀況下，界面層所