存在裂缝的沥青路面的受力特性.pptVIP

;主要内容;一研究背景;裂缝的产生不仅影响行车的舒适性，更为重要的是，在行车荷载

和周期性变化环境温度的影响下，常常使得裂缝迅速向四周扩展，大

大缩短了沥青路面的使用寿命，沥青路面的开裂问题仍是高速公路沥

青路面建设中所面临的一大技术难题。

由于半刚性基层沥青路面的组成材料自身固有的特性，开裂几乎

不可防止。一般而言，在路面结构整个寿命周期内，大局部时间是带

裂缝工作的。而传统的沥青路面结构设计理论是将路面结构看作无

限大的弹性层状体系。而裂缝的出现，破坏了路面结构的连续性，路

面结构的受力特性将产生很大的改变，当荷载作用于靠近裂缝区域

时，路面结构的应力状况将有很大的不同。因此，研究含裂缝路面结

构的力学性能是十分必要的。;1.2.1传统的沥青类路面结构破坏理论与方法;1.2国内外研究概况;根据沥青路面开裂的主要原因，裂缝可以分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。荷载型裂缝，即主要由于交通荷载作用而产生的裂缝。非荷载型裂缝，即不是由于交通荷载引起的裂缝，主要为温度型裂缝。

按沥青面层裂缝开裂部位、裂缝开裂方式，路面体中的裂缝又可分为基层反射裂缝、外表裂缝。基层反射裂缝，即半刚性基层开裂后，在裂缝尖端产生应力集中，导致裂缝自下而上持续开展，直至贯穿至路外表；外表裂缝表现为自上而下的开裂方式，一般为温缩型裂缝或在交通荷载的作用下，在轮载边缘产生较大的拉应力所产生的。;对沥青路面结构裂缝的类型进行划分是必要的。因为导致裂缝的

主要成因不同，预防和处置的相应措施也会有所区别。沙庆林院士在

其专著中给出了几点重要结论：

①有较厚沥青面层的半刚性路面，裂缝主要是面层本身产生的以低温缩裂为主的温度裂缝；

②半刚性基层上为较薄沥青面层时，面层中有相当一局部是反射裂缝。

合理的选择路面材料和结构组合，或采取其它抗裂措施，能改善

路面体中的温度状况，减少或延缓基层反射裂缝向上反射。;引起路基过大压应力，由于存在裂缝，造成路面体不连续，在行车荷载作用下将加大板体边缘的变形，从而在裂缝处传递过大压力至路基项面；;二裂缝的分类及危害;二裂缝的危害及分类;利用通用有限元程序，采用三维实体单元，建立如图3.1所示实体模型，模型宽度200cm，长度100cm，路基厚度lm，裂缝自基层向上贯穿至路外表，路面各结构层厚度及材料参数如表3.1所示。;表3.1路面结构厚度和材料参数;根据上述有限元分析模型，分别计算沿轮载中心垂直于横向裂缝方向路表和沥青面层底部的应力、和沿轮载中心平行于横向裂缝方向路表和沥青面层底部的应力，并与开裂前路面结构相应部位的应力进行比较。计算结果如图3.2~图3.5所示。;由图3.2、图3.3可知，半刚性基层沥青路面开裂后，荷载作用侧垂直于裂缝方向路表拉应力明显增大，最大拉应力由开裂前的0.06MPa增大到开裂后的0.16MPa，增大167％；沥青面层底部沿垂直于裂缝方向应力，在开裂后于荷载作用区域一定范围外表现为拉应力，但最大拉应力仅为0.016。

由图3.4、图3.5可知，在路面结构开裂前后，无论是路表还是沥青面层底部，在平行于横向裂缝方向，应力特征主要表现为荷载作用区域压应力减小，拉应力变化不大。

由此可以看出，在沥青面层开裂后，在交通荷载的作用下，沿垂直于裂缝方向的拉应力变化显著，且拉应力显著增大，而平行于裂缝方向的应力主要是压应力变化较显著，其对路面结构裂缝影响非常小。相较完整路面结构，开裂后处于更不利的应力状态。

;水泥、石灰、粉煤灰稳定类的半刚性基层在温度和荷载作用下不可防止的会产生裂缝，而在已经开裂的旧沥青路面或水泥混凝土路面上加铺新沥青面层后，外力作用下，在裂缝尖端附近的沥青混凝土材料内产生应力集中，导致原先的裂缝会在沥青加铺层相同的位置出现，这样就形成了反射裂缝。

反射裂缝从形成原因上可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类。荷载型裂缝是在行车荷载的反复作用下，沥青面层底部产生裂缝，由于应力集中作用导致裂缝继续向上扩展，形成荷载型反射裂缝。非荷载型裂缝主要是半刚性基层受温度影响产生温度收缩裂缝，以及半刚性基层完工之后由于水分减少而产生干缩裂缝。这些裂缝在半刚性基层成型过程中及环境因素综合作用下，逐渐扩展并延伸至沥青面层，从而形成非荷载型反射裂缝。;〔1〕荷