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近年来,反射裂缝成为国省干线公路路面的一种主要破坏方式。反射裂缝是指半刚性基层在温度及荷载的作用下产生过大拉应力后形成裂缝,并贯穿到路表的横向裂缝,其不但影响路面的使用性能,严重时也可引起整个系统的失效。为此,本文对反射裂缝的主要影响因素进行了研究,对今后的路面设计具有参考意义。
首先,考虑半刚性基层这种路面结构,对国内干线公路的反射裂缝状况进行了文献调研,并以“4cmAC-13上面层+6cmAC-20下面层+20cm5%水泥稳定碎石基层+20cm3%水泥稳定碎石底基层”这种路面结构作为有限元模型的基础。后对反射裂缝产生和发展的力学机理进行了阐述,明确了后文主要影响因素研究的相关指标:模量、温度收缩系数、面层厚度、基面层粘结状态及温度等。
其次,对半刚性基层开裂过程进行了有限元模拟,首先应用非线性弹簧单元对基面层粘结状态进行模拟,并验证了其可行性;后选取了不同的温度场条件并叠加车辆荷载,得出基层纵向拉应力的最不利位置在双轮荷载的单轮下方,各因素对其最大值的影响性大小排序为:基层温度收缩系数>温差≈基层动态模量>面层厚度>层间粘结状态>面层动态模量>面层温度收缩系数;研究表明,高模量沥青无法抵抗基层开裂。
然后,对反射裂缝的扩展过程进行了有限元模拟,此过程中偏荷载比正荷载更容易引起反射裂缝的扩展,面层出现贯穿裂缝前后基层的裂缝形式由上窄下宽变为上宽下窄。研究表明,面层温度收缩系数对反射裂缝扩展影响最大,面层厚度与动态模量次之,基层动态模量与温度收缩系数影响较小。当沥青材料温度收缩系数不大于 1.6×10-5/℃时,可保证面层在24小时降温23.8℃以下时不出现反射裂缝。路面长期使用会促进反射裂缝的扩展,据此提出了使用年限与面层出现裂缝时对应气温下降幅度的关系式。
最后,对反射裂缝的防治措施进行了研究,结果表明,基层预裂缝与中间层设置均可防治反射裂缝,但在24小时降温幅度达到15℃以上的情况下并不推荐;此外,推荐采取增加面层厚度与降低面层温度收缩系数相结合的措施,据此提出了二者与路面可承受气温变化值的回归公式。
首先,考虑半刚性基层这种路面结构,对国内干线公路的反射裂缝状况进行了文献调研,并以“4cmAC-13上面层+6cmAC-20下面层+20cm5%水泥稳定碎石基层+20cm3%水泥稳定碎石底基层”这种路面结构作为有限元模型的基础。后对反射裂缝产生和发展的力学机理进行了阐述,明确了后文主要影响因素研究的相关指标:模量、温度收缩系数、面层厚度、基面层粘结状态及温度等。
其次,对半刚性基层开裂过程进行了有限元模拟,首先应用非线性弹簧单元对基面层粘结状态进行模拟,并验证了其可行性;后选取了不同的温度场条件并叠加车辆荷载,得出基层纵向拉应力的最不利位置在双轮荷载的单轮下方,各因素对其最大值的影响性大小排序为:基层温度收缩系数>温差≈基层动态模量>面层厚度>层间粘结状态>面层动态模量>面层温度收缩系数;研究表明,高模量沥青无法抵抗基层开裂。
然后,对反射裂缝的扩展过程进行了有限元模拟,此过程中偏荷载比正荷载更容易引起反射裂缝的扩展,面层出现贯穿裂缝前后基层的裂缝形式由上窄下宽变为上宽下窄。研究表明,面层温度收缩系数对反射裂缝扩展影响最大,面层厚度与动态模量次之,基层动态模量与温度收缩系数影响较小。当沥青材料温度收缩系数不大于 1.6×10-5/℃时,可保证面层在24小时降温23.8℃以下时不出现反射裂缝。路面长期使用会促进反射裂缝的扩展,据此提出了使用年限与面层出现裂缝时对应气温下降幅度的关系式。
最后,对反射裂缝的防治措施进行了研究,结果表明,基层预裂缝与中间层设置均可防治反射裂缝,但在24小时降温幅度达到15℃以上的情况下并不推荐;此外,推荐采取增加面层厚度与降低面层温度收缩系数相结合的措施,据此提出了二者与路面可承受气温变化值的回归公式。