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添加Thiopave改性剂的沥青路面结构层受力分析
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摘要：结构层材料弹性模量的变化将改变各结构层的受力状况，因此，基于双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，本章利用ABAQUS软件分析对比了常用路面结构条件下的Thiopave改性沥青混合料和普通沥青混合料对路面结构受力状况，对添加了Thiopave改性剂对沥青路面结构层受力进行影响分析。
关键词：Thiopave；ABAQUS；路面结构层；受力分析
0引言
Thiopave是壳牌公司研究出的必威体育精装版一代的硫磺改性剂，根据以往的研究表明，Thiopave沥青路面有良好的路用性能，但添加Thiopave改性剂后，沥青混合料刚性增大，柔韧性降低了。
在普通沥青混合料中添加Thiopave改性剂，沥青层的弹性模量发生变化，而结构层材料弹性模量的变化将改变各结构层的受力状况，因此，基于双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，本文利用ABAQUS软件对常用路面结构条件下的Thiopave改性沥青混合料和普通沥青混合料的结构层进行受力分析，并对受力进行对比分析。
1Thiopave沥青混合料路面结构计算模型
本文采用三维路面有限元模型，路面模型长、宽和深的尺寸分别为6m、6m、3m，见图1，局部荷载作用区域进行了网格加密处理。分别计算了标准轴载、超载25%、超载50%、超载75%和超载100%六种荷载条件下路表竖向位移、半刚性基层底部拉应力和路面剪应力三种路面结构设计指标，其中计算路表竖向位移时沥青层的弹性模量取参考温度为20℃，计算层底拉应力和路面剪应力时取参考温度为15℃。
图1路面结构计算有限元模型
2路表竖向位移
路表竖向位移是在一定荷载作用下路面表面的竖向变形，本文针对不同轴载作用计算的两种沥青面层表面竖向位移沿水平方向的分布情况见图2，其中路表最大竖向位移的计算结果见表1。
图2不同工况条件下路表竖向位移沿水平位置的分布情况
表1不同工况条件下路表最大竖向位移计算结果
超载比（%）0255075100普通沥青路表最大竖向位移值（0.01mm）30.7938.4946.1953.8961.59Thiopave沥青路表最大竖向位移值（0.01mm）29.0536.3143.5850.8458.10
从计算结果可知，不同轴载条件下，路表的最大竖向位移均产生在轮载的正下方，标准轴载作用下普通沥青和Thiopave沥青路面的路表最大竖向位移分别是30.79和29.05（0.01mm），随着超载比例的增加路表竖向位移线性增加，超载比例为100%时是标准轴载时的2倍。使用Thiopave沥青混合料的路面路表竖向位移略小于使用普通沥青混合料的路面，当超载为100%时其相差最大，相差3.49（0.01mm），不足竖向位移值的6%。说明超载容易造成路面发生承载能力破坏，使用Thiopave沥青可以提高路面整体承载能力，但改善效果不明显。
3半刚性基层层底拉应力
本文针对不同轴载作用计算的两种沥青路面半刚性基层层底拉应力沿水平方向的分布情况见图3，其中半刚性基层层底最大拉应力计算结果见表2。
图3不同工况条件下半刚性基层层底拉应力沿水平位置的分布情况
表2不同工况条件下半刚性基层层底最大拉应力计算结果
超载比（%）0255075100普通沥青半刚性基层层底最大拉应力（MPa）0.08160.10200.12240.14280.1632硫磺沥青半刚性基层层底最大拉应力（MPa）0.08110.10140.12160.14190.1622
从计算结果可知，不同轴载条件下，半刚性基层层底拉应力在双轮中心位置处最大，并向两侧不断衰减。标准轴载作用下普通沥青和Thiopave沥青路面的半刚性基层层底最大拉应力分别为0.0816MPa和0.0811MPa，几乎没有差别。随着超载比例增加，层底最大拉应力均线性增加，当超载比例达到100%时，增加了1倍，普通沥青和Thiopave沥青路面的最大层底拉应力均相差很小，约为0.001MPa。这说明超载是引起半刚性基层层底发生疲劳开裂的主要因素，可见使用Thiopave沥青对改善路面结构整体抗弯拉强度的能力作用不大。
4剪应力
本文针对不同轴载作用计算的两种沥青路面剪应力沿深度方向的分布情况，见图4，其中沥青层内最大剪应力计算结果见表3。
图4不同工况条件下路面剪应力沿深度方向的分布情况
表3不同工况条件下路面内部最大剪应力计算结果
超载比（%）0255075100普通沥青路面最大剪应力（MPa）0.13990.17490.20990.24490.2799硫磺沥青路面最大剪应力（MPa）0.14000.17500.21000.24510.2801
从计算结果可知，不同轴载条件下，路面最大剪应力均在深度为8cm位置处，即中面层内。标准轴载作
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