路基直接加铺沥青层的结构受力分析及优化文献综述

 2023-08-16 04:08
  1. 文献综述（或调研报告）：

公路是我国社会主义现代化建设的重点工程，关系着国内交通行业的发展动态。公路运输是一种机动灵活、简洁方便的运输方式。在短途货物集散运转上，它比铁路、航空运输具有更大的优越性，尤其在实现“门到门”的运输中，其重要性更为显著。我国的公路路面结构大多采用半刚性基层沥青路面结构，这种结构拥有承载能力强、性价比高等优点。但是随着我国公路建设行业的发展，大量的沥青被消耗。沥青资源的告急使得我国公路建设者不得不寻找更加节省资源而又不降低路面性能的路面结构。因此，考虑到沥青用量、劳动力等多方面的因素，我国公路建设者开始探索研究更加顺应时代发展的路面结构。

  1. 国内研究成果

成本最低化、效率最高化是国际公路重要发展趋势与新方向。路基直接加铺沥青层的路面结构的出现，为我国的公路建设提出了许多新研究课题与发展方向。全厚式沥青层路面是以高效、高质、低成本为原则，它在用现有技术保证公路工程建设质量的基础上，提出了更改路面结构从而节省沥青用量的设计方案。与普通公路路面相比，除了路面性能的改变，在路面结构上也要有相应的改动。没有基层的情况下，在沥青混合料层利用固化剂达到公路路面相应的强度。达到强度后进行重复的实验，确保路面结构的受力是最优的。

路面的抗车辙性一般采用永久变形量体现，华中科技大学贾霖璨[1]、公路交通科技白永胜[2]以及武汉理工大学吴瑞麟等[3]认为 ，全厚式沥青混合料车辙实验与实际路面车辙变形更为接近。全厚式沥青混合料车辙的车辙实验体现了该路面结构的抗车辙性，其与现大量使用的半刚性基层的路面车辙变形较为接近，可以用同类的研究计算方法。所以在进行全厚式沥青路面车辙计算的时候，可以使用半刚性沥青路面的车辙计算方法，即《公路沥青路面规范》中要求的方法进行验算，最后将不同基层的计算结果进行对比，从而进一步探究全厚式沥青路面的永久变形量的影响因素。

造成沥青混合料层路面的永久变形量变化的主要因素是竖向压应力及内部剪应力，湖南交通科技黄佳等[9]、郑州大学肖丽霞[10]、东南大学倪富健等[11]论证了路面顶面竖向压应力与车辙的关系。沥青层最大车辙产生处位于距路表4cm左右,与最大剪应力产生位置相近,这表明车辙的形成与结构抗剪强度有关，所以沥青面层内部剪应力和竖向压应力是造成车辙的主要原因。水平力对面层结构剪应力的影响比较大,水平力的大小决定了最大剪应力值的大小和位置,而对竖向压应力几乎没有影响。在沥青路面永久变形量的计算中，主要考虑的是竖向压应力的变化，在湖南交通科技黄佳等[9]的论文中也能看出在公式计算中主要考虑竖向压应力在不同环境下的取值。

西安建筑科技大学李鹏[13]在全厚式沥青路面的车辙试验中提出，试验采用4cm SMA-13 6cm AC-20 14cm ATB-30全厚式车辙试件为例进行车辙试验。这是国内全厚式沥青路面车辙试验普遍使用的试件构成，与半刚性基层的路面结构可以进行深度比较。

  1. 国外研究成果

国外公路路面基层种类应用先于国内公路。在研究建设历史较短的全厚式沥青路面时，国外对于其他各类不同基层路面结构的研究结果有对照参考的作用。本设计主要的路面结构分析，研究方向基于“路面永久变形量”。分析研究时需要柔性基层、半刚性基层及倒装路面结构的永久变形量作为对照试验，所以可参考国外其他类型基层路面结构的永久变形量厚度的研究方法。

英国研究者[13]提出一种方法简便，实验结果直观的测定车辙的方法，即为了模拟实际沥青路面结构的车辙形成过程，在实验室采用钢轮在一个立方体沥青混合料板块上反复碾压形成扯着，通过钢轮反复碾压的次数和时间永久变形的关系可以得出变形速率，用这个指标作为沥青混合料的抗永久变形指标。

在理论研究的推动下，国外沥青研究所[17]在机场柔性基层路面设计车辙测试试验中使用了极限地基应变标准，做出了几个重要的假设。用于机场设计的柔性基层沥青路面垂直地基应变准则是Nf和地基顶部的垂直应变（εvsg）之间的线性对数-对数关系。该研究所使用150，000psi的有效AC模量（EAC），以回归方程Nf=2.8626E 20*(1/εvsg)4.785作为永久变形中限制地基应变标准的计算公式。此应变准则可以尝试与全厚式沥青路面进行对比计算，以在计算时保证全厚式沥青路面永久变形量的准确性。

且国外有限元计算软件的多样化。路面结构受力分析避不开有限元计算软件，本设计用到国外有限元计算软件Abaqus，能够在路面结构受力分析时更高效。在全厚式沥青层的路面结构上实现基层强度的达标，国外的有限元计算软件能满足相应的计算要求，辅助相应的研究方法，能推进本设计的顺利进行。

  1. 总结

顺应时代发展潮流，工程建造将“节能、高效、环保”放在首位，路基直接加铺沥青层路面结构便满足这样的要求。相较于现有的公路路面结构，该设计所研究的路面结构如果能够顺利实施，不仅节约了工程成本，减轻了人工劳动的付出，还能缩短建造工期。在这样的目标驱使下，全厚式沥青面层路面结构的分析优化刻不容缓。但是展望国内外各项研究，全厚式沥青路面并未投入大面积的使用，所以本设计具有完全的创新性和探索性。为了促进新的路面结构投入使用，除了跟国内外其他基层的路面结构进行对比，反复的实验和验算使其合理性便成了不可避免的任务。

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