摘要：隨著公路和城市道路建設(shè)的發(fā)展。瀝青路面已成為我國(guó)道路路面的一種重要形式。但由于忽視了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在已建成的瀝青路面中，瀝青路面不同程度地出現(xiàn)早期破壞現(xiàn)象。通過計(jì)算水平荷載，以及垂直荷載及其合作用下路面力學(xué)的響應(yīng)，分析瀝青路面表面損壞的機(jī)理。結(jié)果表明，瀝青路面的損壞是水平荷載和垂直荷載，以及環(huán)境等因素導(dǎo)致的剪切或拉伸破壞，水平荷載是破壞的主要因素。
　　關(guān)鍵詞：瀝青路面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水平荷載。
　　
　　0引言：
　　如果行車荷載中只考慮垂直荷載，不去考慮水平荷載的話，那是很不全面的。相當(dāng)于車輛僅僅是停放在路面上，而不是在行駛中，這樣的話路面使用壽命會(huì)很長(zhǎng)，而現(xiàn)實(shí)并不是這樣，這就說明瀝青路面的破壞，水平荷載起了很重要的作用。我國(guó)交通量增長(zhǎng)很快，而且超載情況嚴(yán)重，路面的破壞現(xiàn)象比較頻繁，使用壽命也不是很樂觀。其中，高速公路上常見的破壞現(xiàn)象有裂縫、車轍、松散、剝落和表面磨光等。而水平荷載的作用成了這些破壞現(xiàn)象主要因素之一，所以為了防止和減少瀝青路面的破壞，對(duì)水平荷載的研究分析，是非常必要的。
　　1.瀝青路面水平力的分析
　　1.1論文分析方法
　　車輪荷載是使路面產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變和位移的外力,是促使路面破壞的原因之一。大量的實(shí)測(cè)結(jié)果表明輪胎與路面間的接觸壓力是非均勻分布的,而且接觸面的形狀也不是圓形,而是接近橢圓形或矩形。汽車在路面上有停駐、行駛、剎車、轉(zhuǎn)向等狀態(tài),隨著汽車在路面上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,車輪荷載的作用方向和作用力的大小也將有所改變。當(dāng)汽車停駐在路面上時(shí),一般只考慮輪重對(duì)路面的作用力,且在設(shè)計(jì)中,只考慮汽車后軸的輪重。當(dāng)汽車行駛時(shí),后輪對(duì)路面除有垂直力以外,還有車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)路面產(chǎn)生的水平切向力,水平切向力是由于輪胎與路面間的摩阻造成的。當(dāng)汽車行駛在橫向超高較大(如小半徑圓曲線)路段將產(chǎn)生較大的水平力。在山區(qū)高速公路的上坡路段上,特別是行駛重載和超載車輛的情況下,往往車速緩慢,此時(shí)車輪作用在路面上的水平力也是較大的。車輪在制動(dòng)過程中也會(huì)產(chǎn)生水平力。因此,在停車場(chǎng)、車站、交叉路口、爬坡車道、收費(fèi)站以及其他交通擁擠、車輛行駛緩慢的地方,路面受到車輛水平荷載作用較大,路面較容易產(chǎn)生車轍、坑槽等破壞。
　　本文利用Bisar3.0對(duì)垂直荷載和水平荷載作用下的瀝青路面進(jìn)行應(yīng)力分析和計(jì)算，以及通過查取資料，取得數(shù)據(jù)來證明水平荷載是產(chǎn)生路面破壞的重要因素。
　　1.2建立數(shù)學(xué)模型及設(shè)計(jì)參數(shù)
　　1.2.1建立瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析模型
　　在分析瀝青路面結(jié)構(gòu)時(shí)，通常假定路面各層為平面無限大的彈性層，路基為彈性半空間體。本文確定路面三維結(jié)構(gòu)模型長(zhǎng)寬均為5m，路基厚度為7m。其它各結(jié)構(gòu)層的厚度和材料參數(shù)見表1。現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，設(shè)計(jì)荷載為標(biāo)準(zhǔn)雙圓均布荷載，荷載大小為0．7MPa。實(shí)際調(diào)查顯示隨著車輛軸載的增大，輪胎與路面接觸面積越接近于中間為矩形、兩端為圓形，因此本文把標(biāo)準(zhǔn)雙圓等面積換算為雙正方形，兩圓心距離和兩正方形中心距離相等，兩中心的距離仍為319．5mm，則正方形邊長(zhǎng)為188．8mm。
　　表1路面結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)
　　路面結(jié)構(gòu) 彈性模量/MPa 泊松比 厚度/M
　　瀝青混凝土面層 1400 0.35 0.18
　　水泥穩(wěn)定碎石基層 1600 0.25 0.36
　　二灰土底基層 700 0.30 0.20
　　土基 40 0.35 7.00
　　
　　1.2.2荷載的大小的參數(shù)設(shè)置
　　車輛在行駛中受到道路阻力、橫向力、空氣阻力、慣性力等，道路阻力包括滾動(dòng)阻力和縱坡阻力，車輛在行駛中對(duì)路面產(chǎn)生的水平荷載為滾動(dòng)阻力和縱坡阻力的反作用力。瀝青路面滾動(dòng)阻力系數(shù)為1％～2％，現(xiàn)行路線設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定一級(jí)公路最大縱坡為8％。在平曲線路段還會(huì)產(chǎn)生與滾動(dòng)阻力垂直的橫向力。在極限最小半徑路段，一級(jí)公路橫向力系數(shù)為0．15，而一般最小半徑路段的橫向力系數(shù)為0．06。但是車輛并不是按計(jì)算行車速度行駛的，在路線組合不好的情況路段，車輛會(huì)以比計(jì)算行車速度大20km／h的速度行駛，橫向力系數(shù)就會(huì)大于0．15。以一級(jí)公路60km／h的計(jì)算行車速度為例，極限半徑125m(超高為8％)，橫向力系數(shù)為0．15；如果運(yùn)行速度為80km／h時(shí)，橫向力系數(shù)。在一般最小半徑路段，也存在這種情況，仍以一級(jí)公路60km／h的計(jì)算行車速度為例，一般最小半徑為200m，橫向力系數(shù)0．06，超高8％，橫向力系數(shù)。因此本文取0．30為橫向力系數(shù)的最大值，0．15為一般值。在交叉口、加油站等路段以及急剎車時(shí)，車輛加速、減速產(chǎn)生的水平荷載較大，荷載大小與路面構(gòu)造深度和輪胎的結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量有關(guān)，極限值一般取決于路面的摩擦系數(shù)。確定瀝青路面的摩擦系數(shù)為0．6。綜上所述，均布垂直荷載取定值取0.7Mpa。
　　2水平荷載的作用
　　垂直荷載0．7MPa作用下面層內(nèi)最大剪應(yīng)力。由圖1顯示，最大剪應(yīng)力隨深度的增加，先增大后減小，峰值出現(xiàn)在60mm深度處，大小為0．11673MPa，并且在垂直荷載作用下，面層內(nèi)沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，在垂直荷載作用下，瀝青路面只可能出現(xiàn)剪切破壞，不可能發(fā)生拉應(yīng)力破壞。
　　圖一：
　　
　　2.1垂直荷載作用結(jié)果分析
　　只受水平荷載作用下的情況，由圖1可以看出：(1)最大應(yīng)力隨著水平荷載系數(shù)(即水平荷載)的增大而增大；(2)水平荷載對(duì)面層0～120mm范圍內(nèi)的應(yīng)力影響大，最大應(yīng)力隨著深度的增加降低較快；(3)最大剪應(yīng)力和最大拉應(yīng)力峰值均出現(xiàn)在路面表層。水平荷載和垂直荷載是聯(lián)系在一起的，沒有單純的水平荷載。車輛在行駛中，既施加路面垂直荷載又施加水平荷載。在垂直荷載0．7MPa作用不變的情況下：
　　(1)急剎車(水平荷載系數(shù)0．6)時(shí)，瀝青路面表面產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力和拉應(yīng)力峰值分別高達(dá)6．4097MPa和6．84MPa；
　　(2)車輛在極限最小半徑路段(水平荷載系數(shù)0．3)行駛，瀝青路表面產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力峰值為3．2048MPa，最大拉應(yīng)力峰值為3．2902MPa；
　　(3)在一般最小半徑路段(水平荷載系數(shù)0．15)，最大剪應(yīng)力和拉應(yīng)力峰值分別為1．6254MPa和1．548MPa；
　　
　　2.2水平荷載作用結(jié)果分析

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