橡胶沥青透水应力吸收层在路面结构中的应力分析.docVIP

橡胶沥青透水应力吸收层在路面结构中的应力分析 　　摘要：本文利用ABAQUS有限元软件，计算和分析在有橡胶沥青透水应力吸收层和无橡胶沥青透水应力吸收层的情况下，半刚性基层和柔性基层路面结构的应力应变规律，提供合理的沥青路面结构组合和设计参数，以供参考。 　　关键词：有限元；橡胶沥青；透水应力吸收层；应力应变；沥青路面 　　中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号： 　　0 引言 　　本文以有、无橡胶沥青透水应力吸收层的半刚性和柔性基层路面结构为研究对象，通过力学计算，分析得出沥青路面的应力应变规律，为道路工程实践提供相应的技术指标和参考。 　　1 关于橡胶沥青透水应力吸收层 　　1.1概述 　　将废旧轮胎加工成为橡胶粉是其变废为宝，循环利用的有效途径，而橡胶粉主要由天然橡胶、合成橡胶、碳黑、硫和硫磺等成分组成，这每一种成分都是沥青的优良改性剂。将橡胶粉掺入沥青中可看做是一种复合改性作用，它能够改善沥青的高低温性能、抵抗沥青老化、延长路面的使用寿命、延缓甚至消除反射裂缝、减薄路面、降低行车噪音等。可见，橡胶沥青是一种节能环保、性能优越的改性沥青。 　　橡胶沥青透水应力吸收层是作为一种粘性材料而铺设在路面结构基层和沥青罩面之间的低模量中间层。它能够将水分自由排除路面结构而防止路面结构产生水损害，其良好的应力吸收能力又能够高效的延缓和抑制反射裂缝的形成与传播。第十八届世界道路会议已提出，除了增加沥青面层的厚度外，许多国家都采用了在路面结构中增设一层由各种材料组成的抗裂层的方法以延缓道路表面产生反射裂缝。橡胶沥青透水应力吸收层则成为了这个“抗裂层”家族中最为出色的一员。[1][2] 　　1.2橡胶沥青透水应力吸收层作为路用材料的优点 　　高温稳定性。橡胶沥青可以显著增加沥青的粘度，提高其抗高温产生的车辙和变形能力。黄文元教授研究指出，在ARLC掺入橡胶沥青后，其60℃旋转粘度提高了10多倍，软化点也提高了16℃，针入度降低20（0.1mm）。[3] 　　抗水损坏。在基层与面层之间插入10cm厚橡胶沥青透水应力吸收层，路面会形成一层沥青薄膜，这层沥青薄膜能够防止雨水下渗；在铺筑沥青混合料时，橡胶沥青透水应力吸收层顶部沥青会再次融化并随之充分填充面层底部的裂缝，排除层间存水，起到保护路基的作用。[4] 　　抗裂性能。由于沥青路面在低温状态下变形能力很差，故低温条件下最易产生裂缝。橡胶沥青透水应力吸收层具有低劲度和较大抗变形能力的特点，它将面层与基层联合成一个整体，同时能将裂缝处基层位移引起的应变消散在自身范围内，缓解应力集中现象，也使得在行车荷载和其他因素的反复作用下不至产生疲劳开裂。[5] 　　粘结性能。橡胶沥青具有超强的粘结性，稳固粘结基层与面层增强了路面结构的稳定性，确保了道路高质量服务的同时也很好地延长的道路的使用寿命。 　　橡胶沥青作为一种绿色环保的路用材料，日益彰显着它在研究和运用价值方面的巨大优势，它的推广和利用定会在我国道路建设和养护中以低成本、高收益而倍受青睐。 　　2 材料参数的确定 　　依照《城市道路路面设计规范》CJJ169-2012，本文选取在20℃下沥青面层和橡胶沥青透水应力吸收层（以下简称“夹层”）的弹性模量、泊松比分析半刚性基层和柔性基层路面结构在有无夹层情况下的应力应变规律。 　　路面结构参数见表1、表2、表3和表4。 　　 　　 　　表1 无夹层半刚性基层路面结构参数 　　 　　 　　表2 有夹层半刚性基层路面结构参数 　　 　　 　　表3 无夹层柔性基层路面结构参数 　　 　　 　　表4 有夹层柔性路面结构参数 　　 　　 　　3 建立有限元分析模型 　　 本文采用ABAQUS有限元软件建立沥青路面道路结构模型，道路结构简化为沥青面层、基层、底基层和土基四个部分。 　　3.1基本假定[6] 　　 根据我国现行沥青路面设计规范，假定弹性层状路面结构体系： 　　（1）各结构层都是连续、均匀各向同性的弹性体。 　　（2）路面结构层之间紧密联系，位移完全连续。 　　（3）裂缝间不传递荷载。 　　（4）不计路面结构自重。 　　3.2有限元模型建立[7] 　　假设路面结构在标准轴载（BZZ-100）作用下，轮胎内压为0.7Mpa，单个轮压作用范围18.6cm×18.6cm，接触面积为349.96cm2，双轮等效间距为12.8cm。其中X为深度方向，Y为路面横断面方向，Z为行车方向。坐标原点在双轮轮隙中心。具体荷载位置如图1所示。 　　 　　 　　图1 荷载作用位置图 　　有限元模型采用等参八节点C3D8R单元，模型长宽高均为3m，网格最小为0.06m。路面结构有限元模型如图2所示。 　　 　　图2