防止沥青路面车辙产生的结构设计参数分析-北京工业大学学报.pdfVIP

No．5 第33卷第5期 北京工业大学学报 V01．33 INGUNIVERSITY0FTECHNOLOGY Mav2()()7 2()07年5月 JOURNAI，oFBEIJ 防止沥青路面车辙产生的结构设计参数分析 张志清，傅海滨，李东辰 (北京工业大学建筑工程学院，北京1()0()22) 摘要：为了防止沥青路面车辙的产生，分析了沥青路面结构最大剪应力的产生和分布．结果表明，当面层相对 刚度很大而厚度较薄时，垂直荷载在路面面层的一定部位产生较大的剪应力，剪应力的过度集中是路面产生车 辙等剪切破坏的主要原因．为克服和减少沥青路面结构车辙，除应以设计弯沉为结构设计控制指标外，还应增 加水平荷载的控制参数． 关键词：结构设计；参数分析；剪应力；沥青路面；车辙 中图分类号：TP416．217 文献标识码：A 随着交通量和轴载的不断增加，沥青路面的早期破坏已成为非常普遍的现象，车辙一直是主要病害之 一[1|．目前，国内外对车辙的防治主要是从材料和施工角度入手，对沥青路面的结构性车辙和失稳性车辙 提出了相应的防治措施： 1)对于结构性车辙，主要是通过提高压实度、减少空隙率、严格控制石料的压碎值、优化沥青混合料 级配并考虑超重车和温度等环境的影响提出相应措施； 2)对于失稳性车辙，主要是通过控制沥青用量、采用改性沥青以及添加抗车辙剂等方法进行改善． 这些方法对于沥青路面车辙的防治，均能起到一定作用，但不能从根本上防止车辙的产生． 经过对施工工艺的反复探究，久无成效之后，研究转向路面结构分析和设计领域，开始深刻推敲沥青 路面力学理论和设计方法．在20世纪90年代，美国公路工作者面对严重的高速公路沥青路面早期破坏 research 现象，开展了著名的SHRP计划(strategichighway program)，但美国并没有公布其重要研究成 果[2—3|． 国内对高速公路沥青路面早期破坏积累了大量第一手资料，但开展深入研究还处于起步阶段，尚未上 升到理论层次，距实际应用还有差距．按照现行设计规范，沥青路面在使用初期不应出现明显车辙，但在 高速重载路段及交叉路口附近，车辙非常明显．车辙不仅影响行车安全、降低行车操控稳定性和舒适性， 且由于车辙积水，易于诱发其他病害，从而导致路基早期破坏． 本文主要从路面结构层内剪应力入手，分析产生车辙的原因，并提出防止沥青路面车辙产生的结构设 计控制参数的构想． 2沥青路面结构剪应力分析 2．1最大剪应力(T。。)在路面结构中的产生及其分布特性 一般情况下，产生于路面结构层内的剪应力T由以下几个方面的水平荷载构成【4‘5J：1)车轮与路面 之间的摩擦力引起的水平荷载T，；2)由于路面的不平整导致车轮对路面撞击而引起的水平荷载T2；3)车 摩擦而产生的水平荷载T。，即 T。。。=TI+T2+T3+T4 (1) 收稿日期：2005．1()一11． 作者简介：张志清(1965)，男，内蒙古卓资人，副教授 万方数据 476 北京J：qk大学学报 由：于二水平荷载是由车轮与路面之间的摩擦、撞击及制动产生的，所以水平荷载作用时间均较短．当不 制动时，T3=0，此时T。。。的值很小，且其值随深度迅速减弱，所以在目前的路面设计中，一般不予考虑． 但对f快速重载和交叉路口等路段，最大剪应力不可忽视，其分布规律如下[引： 当面层受到水平荷载作用时，面层内的各水平面将产生剪应力，其最大值一般玳现在荷载作用面边缘 分界面上，最大剪应力随面层刚度的增加而减少．在面层和基层相对刚度不变的情况下，随面层厚度的减 少，最大剪应力增加，其最大值出现的位置逐渐上移，由二分点上升到三分点附近(见图1(b))． tzx|p 1。|p