连续配筋混凝土基层沥青路面层间剪应力分析.pdf

C o n s t r u c t i o nMa c h i n e 施 r y C 机 o n械s t r uc t i o n 施 Te 工 c h n 技 o | o e v R- V _ CI t - M & 1 一 连续配筋混凝土基层沥青路面层问剪应力分析 Ana l y s i s o f I nt e r l a ye r S he a r S t r e s s f or Cont i nuo us l y Re i nf o r c e d Conc r e t e Ba s e As pha l t Pa v e m e nt 赵 亚 兰 ， 陈 拴 发 ! ZHAO Ya lan CHEN Shuan f a2 1陕 西 交 通 职 业 技 术 学 院 公 路 系 ， 陕 西 西 安 71 0 01 8 2 长 安 大 学 公 路 学 院 陕 西西 安7 1 【 ) f ) 6 4 1 Depa r t m en t of Highw a y ，Sha anxi Col l ege of Com m uni ca t i on Technol ogy ，Xi， an 71 001 8，Sh aani Chi na 2_ School of Hi ghw ay，Chan g an Univer sit y ，_ an 71 0064，Shaanxi，Chi na 【 摘要 】 基 于连 续 配筋 混凝 土 基 层 沥青 路面 的主要 破 坏 形 式 为层 间 剪切 破 坏 ，运用 B l s AR软件 定 量 分析 了轮载 、 模 量 、 厚 度 等 参 数 对 层 间 剪 应 力 的 影 响 规 律 ， 确 定 了 层 间 最 大 剪 应 力 的 位 置 及 其 主 要 影 响 因 素 ，为 连 续 配 筋 混 凝 土 基 层 沥青 路 面沥 青层 厚 度设 计 指 标 的确定 提 供理 论 依据 ， 【 Ab s t r a c t】 Gi v e n t h a t i n t e r la y e r s h e a r d a ma g e i s t h e ma j o r d a ma g e f o r m i n c o n t i n u o u s I y r e J n f 。 r c e d c o n c r e t e asPhaI t Pa vem ent ，i nf l uences on t he i nt er layer shea r st r ess f r om vehi cl e l oad ，m odul us，t hi cknes s and ot her pa- r am e t er s a r e a nal yz ed w it h BI SAR O n t he basi s of t heor et i c al anal ysis ，t he l oc at ion of m axi m um shear s t r ess and , t s pr , m e I nf l uence f ac t or s a r e det er m i ned ， and t he t heor et i cal f oundat ion i s al s o pr ovi ded f or asphal t concr et e， s t hickness design i n cont i nuously r ei n f or ced concr et e base asph alt Davem ent 【 关键 词 】 连续 配 筋混 凝 土基 层 沥 青路 面 ； 层 间剪 应 力 ； 模 量 ： 厚 度 【 K e y wo r d s 1 c o n t i n u o u s ly r e i n f o r c e d c o n c r e t e b a s e a s p h a lt p a v e me n t ； in t e r l a y e r s h e a r s t r e s s ： mo d u lu s ： t h i c k n e s s 中 图 分 类 号 ： U4 1 6 21 6 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 4 5 0 4 0 引 言 连 续 配 筋 混 凝 土 基 层 沥 青 路 面 是 一 种 新 型 路 面 结 构 ， 适 用 于 重 载 交 通 。 它 以 连 续 配 筋 混 凝 土 为 基 层 ，沥 青 层 为 面 层 ： 基 层 纵 向 配 置 足 够 数 量 且 连 续 的 钢 筋 ，借 此 限 制 混 凝 土 板 因 纵 向 收 缩 而 产 生 的 开 裂 ，减 少 由 接 缝 引 起 的 路 面 病 害 ， 提 高 路 面 的 使 用 性 能 z 1 。 除 设 施 工 缝 和 构 造 物 处 所 需 胀 缝 外 ， 基 层 不 设 胀 缝 和 缩 缝 ， 该 路 面 刚 柔 结 合 ， 以 复 合 的 形 式 将 刚 性 路 面 承 载 力 大 、 寿 命 长 与 柔 性 路 面 行 车 舒 适 、 易 于 维 修 的 优 点 集 于 一 体 ， 并 且 在 全 寿 命 周 期 内 ，允许 在对 连 续 配筋 混凝 土 基层 不 作 处理 的 情况 下 仅 处理面 层 ， 这样 大 幅度 提 高 了结构 的耐 久，1S A ， 使 之 与 目前 的 公 路 运 输 发 展 趋 势 相 适 应 ， 但 该 路 面 结 构 的 设 计 、 施 工 等 在 国 内 尚 属 空 白 s ， 、 2 0 0 3 年 ，长 安 大 学 陈 拴 发 教 授 带 领 的 课 题 组 与 山 东 省 公路 局 合作 全 面展 开连 续 配筋 混凝 土 基层 沥 青路 面设 计 与 铺 筑 技 术 的 研 究 工 作 ，并 于 2 o 0 4年 u 2 0 0 5 年 在 济 聊 馆 高速 公路 德 州 大修段 铺 筑 了试 验路 段 ，目前该 试 验路 使 用 情 况 良 好 。 1 计 算 理 论 与 参 数 对 于 连 续 配 筋 混 凝 土 基 层 沥 青 路 面 ，其 基 层 一 般 不 需 要设 置 胀缝 和 缩缝 ， 较 为符 合层 状体 系的假 设 ， 由此 可 以 采 用 弹 性 层 状 体 系 理 论 来 求 解 连 续 配 筋 混 凝 土 基 层 与 沥青 面层 层 间接 触 面是 该路 面 结构 抵抗 水 平 剪切 力 的 薄 弱环 节 。 为 了分析 层 间剪 应 力 ， 采 用在 双 圆均布 垂 直 与 水 平 荷 载 综 合 作 用 下 的 弹 性 层 状 体 系 理 论 ，其 主 要 参 数 为 ： 行 车 荷 载 采 用 B ZZ 一1 O 0， 直 径 为 2 1 3 c m 双 轮 间 距 3 2 C n l ， 两 侧 轮 隙 间 距 1 8 2 c n l ， 见 图 1 。 路 面 各 层 主 要 材 料 参 影 响 非 常 明 显 。 实 际 工 程 中 路 面 在 外 界 环 境 影 响 下 层 间 抗 剪 强 度 逐 渐 降 低 以 后 ， 若 出 现 重 载 、 超 载 现 象 更 容 易 发 生 层 间 剪 切 破 坏 因 此 在 道 路 使 用 中严 格 限 制 重 载 、 超 载 现 象对 减 少层 间剪 切 破坏 具 有 重要 意 义 。 3 3 模 量 对 层 间 最 大 剪 应 力 的 影 响 3 3 1 地 基 模 量 、 基 层 模 量 、 面 层 模 量 对 层 间 最 大 剪 应 力 的 影 响 经 计 算 ，地 基 模 量 由 2 0 MP a 增 加 rJ 5 o 0 MP a R ， 对 层 间 剪 应 力 没 有 任 何 的 影 响 ； 基 层 模 量 由2 0 0 0 0 MPa 增 加 1 4 0 0 0 0 MP a R ，层 间剪 应 力 随基 层模 量 的增 大 呈 直 线 下 降 ， 但只 降低 了0 4 ， 可 以忽 略 不计 ； 沥 青面 层 模 量 由2 0 0 MP a 增 加 到 6 0 0 0 MP a B ，层 间 剪 应 力 随 沥 青 面 层 模 量 的 增 大 呈 直 线 递 增 但 只 增 加 了0 4 可 以 忽 略 不 计 3 3 2 面 层 与 基 层 模 量 比 时 层 间 最 大 剪 应 力 的 影 响 经计 算 ，面 层 与基 层 模 量 比E ff E 由 1 ： 7 0 增 大 到 1 ： 1 0 时 ， 层 间 剪 应 力 随 模 量 比 的 增 大 而 逐 渐 增 大 。 但 增 大 幅 度 只 有 1 2 由此 可 见 ， 沥 青面 层相 对 刚 度 增加 时 层 间剪 应 力 会 有 所 增 大 ， 但 其 影 响 效 果 并 不 是 很 明 显 ； 且 在 同 一 模 量 比下 ， 同 时 变 化 面 层 与 基 层 的 模 量 时 ， 计 算 得 到 的 层 间 剪 应 力 基 本 相 同 其 原 因 在 于 面 层 模 量 与 基 层 模 量 对 层 间 剪 应 力 的 影 响 较 J 、 3 4 沥 青 面 层 厚 度 对 层 间最 大 剪 应 力 的 影 响 将 沥 青 混 凝 土 面 层 厚 度 由2 e Il l 逐 渐 增 加 到 2 0( 1 1 51 ， 分 析 面 层 与 基 层 层 问 在 完 全 连 续 、 部 分 连 续 、 完 全 光 滑 3种 情 况 下 面 层 厚 度 对 层 间 剪 应 力 的 影 响 ， 计 算 结 果 见 图 5 _ _ 完全连 续十部 分连续一 广 完 全光滑 沥青 层厚 度n 图 5不 同层 间接 触 条 件 下Ac层 厚 度 变 化 时层 间最 大 剪应 力 由 图 5=I- 看 出 层 间 最 大 剪 应 力 随 着 AC层 厚 度 增 加 而 减 小 ， 沥 青 混 凝 土 面 层 厚 度 由 2 c n 1 逐 渐 增 加 到 2 0 S i ll 时 层 间 剪 应 力 在 层 间 完 全 连 续 、 部 分 连 续 、 完 全 光 滑 3 种 情 况 下 分 别 降 低 了6 3 、 7 l t、 7 2 在 层 间 完 全 连 续 条 件 下 沥 青 面 层 厚 度 在 2 5 c tn时 ， 层 间 剪 应 力 随 沥 青 面 层 厚 度 的 增 大 缓 慢 减 J 、 ： 沥 青 面 层 厚 度 在 5 1 5 c 时 ， 层 间 剪 应 力 随 沥 青 面 层 厚 度 的 增 大 较 快 减 小 ； 沥 青 面 层 厚 度 大 于 l 5 时 层 间 剪 应 力 随 沥 青 面 层 厚 度 的 增 大 又 缓 慢 减 J l这表 明 路面 在 刚修 建 时剪 应 力较 大 随着 龄 期 的 增 加 ， 结合 状 态 降低 ， 剪应 力 有所 减 小 ； 在 该路 面 结构 中 ， 沥 施工 机械 & 施工 技术 Co ns t r u c t i on M a c hi n e r y Co ns t r u c tion Te c h no l og y 青 面 层 厚 度 在 5 1 5 c m之 间 时 通 过 增 加 沥 青 面 层 厚 度 来 降 低 层 间 剪 应 力 效 果 会 非 常 显 著 、 3 5 基 层 厚 度 对 层 间 最 大 剪 应 力 的 影 响 经 计 算 基 层 厚 度 由 1 0( I1 1 逐 渐 增 加 到 3 5 c mg , - 层 间 剪 应 力 随 连 续 配 筋 混 凝 土 基 层 厚 度 的 增 加 逐 渐 降 低 但 降 低 的 幅 度 只 有 4 由 此 可 知 ， 实 际 中 依 靠 增 加 连 续 配 筋 混 凝 土 基 层 厚 度 来 降 低 层 间 剪 应 力 意 义 并 不 大 3 6 沥 青 面 层 表 面 水 平 摩 擦 系数 对 层 间 最 大 剪 应 力 的 影 响 沥 青 混 凝 土 表 面 由 于 干 湿 状 态 、 施 工 工 艺 、 材 料 以 及 材 料 配合 比的不 同 ， 水平摩 擦 系数在 较大范 围 内波动 。层 间 剪 应 力 随 沥 青 面 层 表 面 水 平 摩 擦 系 数 由 0 逐 渐 增 加 到 0 8 时 的 变 化 情 况 见 图6 。由库 仑 定 律 可 知 ， 根 据 同 点 位 处 的 竖 向 压 应 力 能 计 算 出 沥 青 面 层 表 面 水 平 摩 擦 系 数 变 化 时 抗 剪强度 中的内摩 阻力 。 当层 间黍 占 结状 态不 变时 ， 抗剪 强度 中的 内摩 阻力的 变化趋 势 即反映 了抗剪 强度 的变 化趋势 ， 其 值 见 图 6 。 +剪 应力 +压 应力 +内摩 阳力 恒 犀 擦系致 图6 AC层 表 面 摩 擦 系 数 变 化 时 层 间 剪应 力 、 压 应 力 由 图 6 可 看 出 层 间 剪 应 力 、 同 点 位 处 的 竖 向 压 应 力 及 抗 剪 强 度 随 沥 青 面 层 表 面 水 平 摩 擦 系 数 均 线 性 递 增 ， 抗 剪 强 度 与 同 点 位 处 的 竖 向 压 应 力 线 性 递 增 的 斜 率 相 近 ， 而 层 间 剪 应 力 的 增 加 斜 率 大 于 抗 剪 强 度 的 增 加 斜 率 。 由 此 可 知 水 平 摩 擦 系 数 对 层 间 剪 应 力 与 同 点 位 处 的 竖 向 压 应 力均 有 较大 的影 响 ， 并且 存 满足 行车 安全 条 件下 ， 水 平 摩 擦 系数较 小 时 对层 间抗 剪 更有 利 3 7 沥 青 面 层 内 不 同 深 度 处 的 剪 应 力 沥 青 面 层 内 不 同 深 度 处 的 剪 应 力 见 图 7 。 由 图 7 可 看 出 。 沥 青 面 层 厚 度 不 同 时 ， 面 层 内 剪 应 力 变 化 趋 势 基 本 相 同 ： 剪 应 力 随 着 面 层 深 度 的 增 加 逐 渐 降 低 ， 在 接 近 面 层 底 部 1 c t 一 时剪应 力又逐 渐增 大 ， 但层 底剪 应 力并不 是面 层 内 0 4 釜 沥青而层深度 c m 图7不 同 面 层 厚 度 时Ac层 不 同深 度 处 最 大 剪应 力 4 7 施工机械 施 工技术 Co n s t r u c t i o n M a c h i n e r y Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 的最大 剪应 力 ； 沥青面 层厚 度增 大 时 ， 层顶 的剪 应 力在增 大 增大 幅度较小 ， 但层 底 的剪 应力却 在降低 ， 而且 降低 幅 度 较 大 。由 此 可 知 ， 一 方 面 ， 通 过 增 大 沥 青 面 层 厚 度 会 明显 降低 层 间剪应 力 防止 层 间剪切破 坏 ， 同时会 增 大面层 层 顶剪 应力 ， 但 影响不 是很 大； 另一 方面 ， 最 大剪 应 力在 面层 上部 现实 中之所 以经 常发 生拥 包 、 推移等 层间剪 切破坏 ， 主要是层 间本身 的抗 剪 能力较 弱所致 ， 这说 明实际 中在面 层 厚度 确定 后 ， 既要 防止 层 问剪切 破坏 ， 也应 注意 防止 沥 青面层发生层 内无确定破坏 面 的剪切破 坏。 4 结 语 本文 通过 对层 间剪 应力 进行 参数 影 响分析 得 出 以 下 结 论 。 ( 1 ) 层 间最 大剪 应 力计 算 点 位 只 与沥 青 面层 厚 度 有 关 面 层 厚 度 由 4 c m增 大 至 l 8 c r nfl -J - 轮 中 心 正 前 的 最 大 层 间剪 应 力计 算 点位 由0 9 3 变化 至 1 _ l 占 。 ( 2 )面 层 厚 度 为 5 1 5 c m时 ， 通 过 增 加 沥 青 面 层 厚 度 可 以 显 著 降 低 层 间 剪 应 力 ： 基 层 厚 度 、 地 基 模 量 、 面 层 模 量 、 基 层模 量 以及模 量 比对层 间剪 应力 影响 很小 ； 重载超 载对 层 间剪应 力影 响非 常 明显 。 ( 3 ) 层间剪应 力 的最 大值 并不 在沥青 面层 内剪应 力最 大处 其最大 剪应力值 在面层 上部 。工程 中一 方面应 防止 层 间剪切破坏 ， 另 一 方面 要防止 沥青面 层 内发 生无确定破 坏 面 的 剪 切 破 坏 。 f 4 ) 在连 续 配筋 混凝 土基 层 沥青 路面 结 构 中 ， 层 间 剪 应 力 可 以 作 为 确 定 沥 青 面 层 厚 度 的 设 计 指 标 。 查耋塞 ： 1 刘寒冰 ， 张云龙 ， 魏志刚 连续配筋混凝 土路 面早期裂缝L J 交通 运 输 工 程 学报 ， 2 0 0 8， 8 ( 2 ) ： 5 9 6 4 2 查旭 东 连续配筋混凝土路 面横 向开裂发展规律L J 交通运输工 程学报 ， 2 0 0 8， 8 ( 2 ) ： 6 5 6 8 3 胡长顺 ， 曹东伟 连 续配 筋混凝土路面结构设 计理论 与方法研 究 I 交通运输工程 学报 ， 2 0 0 1 ， 1 ( 2 ) ： 5 7 6 2 4 胡长顺 ， 王秉纲 复合式路 面设计原理 与施 工技 术 M 北京 ： 人 民 交通 出版 社 ， 2 0 0 0 5 周 巍 ， 李素莹 复合式公路路 面国 内外设计及研 究现状U 路 基 工程 ， 2 ( 1 ( 】 4 ( 4 ) ： 卜 4 6 王朝辉 ， 王选仓， 杨维 国 格栅 加筋沥青加铺层 结构轮 载疲劳模 拟对比试验 J 长安 大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 6 ) ： 1 6 2 0 7 吴金 霞 A C RC C复合式路 面结 构厚度研究 U 市政技术 ， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 4 0 4 4 ， 8 曹 东伟 ， 胡长顺 旧水泥混凝土路面 沥青加铺 层力学分析 L J 西 安公路 交通大学学报 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( 1 ) ： 1 5 9 王秉纲 ， 胡长顺 碾压水泥混凝土与沥青混凝土 复合式路 面结构 的研究 J 中国公路 学报 ， 1 9 9 6 ， 9 ( 2 ) ： 1 2 2 0 ， 收 稿 日期 ： 2O O 9 05 2 6 责 任 编 辑 ： 谭 忠 华 ( _ V - 4 第 4 4 页 ) 制 理 论 等 学 科 的进 一 步 研 究 ，智 能 压 实 控 制 技 术 也 必 将 不 断 发 展 和 完 善 。 参考 文献 ： 1 张润利 ， 张俊杰 ， 李熙 山， 等 振动压路机 压实度 连续检测仪 U 2 r _ 程机械 ， 2 o 0 1 ， 3 2 ( 8 ) ： 4 - 6 2 沙庆林 公路 压实与压 实标准 M 北京： 人民交通出版社， 1 9 9 9 3 秦四成 振动压路机振 动压 实及其 系统动 力学研究 D吉林 工 业大学， 1 9 9 8 4 杨人风 冲击振动复合压 实技 术与设备 M北京： 中国科 学技术 出版 社 2 0 0 3 5 李 冰 ， 焦生杰 振动压路机 与振动压 实技 术 M北京 ： 人 民交 通 出版社 2 0 01 6 曾源文， 李志勇， 梁乃兴 风积砂砂 基压实工艺和 方法分析 l 1 重 庆交通 学院学报 ， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 4 ) ： 6 4 6 7 4 8 7 徐 光辉 ， 高 辉， 王哲人 路基压 实质 量连 续动态监控技 术 M 中国公路学报， 2 0 0 7 ， 2 ( ) ( 3 ) ： 1 7 2 2 8 范云霄， 刘 桦 测试技 术与信号处理 M 北 京： 中国计量 出版 社 ， 2 0 0 2 9 唐 军， 郭 涛 ， 石 云波 ， 等 高精度加速度 传感器信号处理电路 的设计 J 传感器器技术 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 7 ) ： 5 2 5 3 ， 5 6 1 0 施永磊， 张宏泽 基于蓝牙技术的车辆智能管理系统的实现 J 淮海工学院学报， 2 0 0 5 ， 1 4 ( 1 ) ： 3 9 4 2 1 1 祝晓东， 彭瑞勇蓝g - 4 ： 术在行车无线通信中的应用D 工矿 自 动化 2 o o 5 ( 4 ) ： 5 4 5 6 1 2 刘 南平， 李宏力， 李佳， 等 基 q - US B& 口的机载振 动压路 机压 实度检测仪 的研制 L _I 天津师范大学学报 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 1 ) ： 5 1 5 4 收 稿 日期 ： 2 0 09 - 0 7 -1 7 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲