1. 研究目的与意义
随着我国经济的迅猛发展,我国的公路网逐渐完善。在交通量增加、车速提高和重型货车轴载增加的情况下,沥青路面出现了很多的早期破坏,这使得沥青路面的使用寿命一般都达不到设计年限。
其中一个原因就是我国目前在路面设计中一般假设路面各层间是完全连续的,而实际工程中层间接触处于完全连续和完全滑动之间。对于沥青路面结构层间防水粘结层进行设计可以有效加强层间接触状态,从而提高层间抗剪能力,使路面各结构层共同承担交通荷载,延长沥青路面的使用寿命。
本文通过分析沥青路面层间防水粘结层损坏对整个路面结构受力的影响,分别考虑层间完全连续、完全光滑及半连续(或半光滑)状态时,分析不同基层类型沥青路面同时承受水平力和垂向力作用时,路面结构内部应力分布及变化情况。
2. 国内外研究现状分析
近几十年来,随着大型计算机的应用,已经编出了任意n层弹性层状体应力和应变的计算机程序,比如美国california研究院的elsym程序,chevron公司的chev-sl程序,荷兰shell工作组的bisar程序等软件已成为业界广泛使用的路面层状体分析软件。国外在公路设计及施工过程中,层间处治技术倍受重视。发达国家沥青路面施工规范或行业建议中,针对层间处理的方法,各国的描述亦有一定的差异。国外对于防水层方面的研究非常深入,因而相关的试验方法和指标也很成熟。
我国对沥青路面结构力学行为的研究起步较晚,从上世纪60年代开始开展了柔性路面设计方法的研究。1964年,同济大学公路工程研究所对圆形均布垂直荷载作用下的层间连续以及层间滑动的双层和三层弹性体的应力以及应变作了全面的计算,取得了一定的成果。西安公路研究所的王凯运用递推回代法得到了适用于n层体系的应力、位移计算公式。
1989年长沙交通学院张起森教授等人根据弹性层状体系层间接触状态,提出了有限元增量法子结构分析法,将层间接触状态作为应力的函数,根据剪应力与抗剪应力的关系来决定接触状态,实践表明,该方法较弹性层状体系理论假定接触面为完全连续或完全滑动更为合理。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
通过查阅国内外文献,分析沥青路面层间防水粘结层损坏对整个路面结构受力的影响。分别考虑层间完全连续、完全光滑及半连续(或半光滑)状态时,分析不同基层类型沥青路面同时承受水平力和垂向力作用时,路面结构内部应力分布及变化情况。
重点考察层间剪应力的分布规律,了解沥青路面各层之间处于连续状态对沥青路面受力状态的改善作用,提出不同类型基层沥青路面层间剪切性能指标。根据不同类型基层沥青路面结构层之间的剪应力分布情况,合理确定层间防水粘结层的厚度、层位、强度等。在设计过程中在力学分析的基础上,提出合理的长寿命沥青路面结构,并对路基建设过程质量控制提出相应的要求。
4. 研究创新点
进行沥青路面层间结构防水粘结层设计,有以下几点特色:
1.可以有效地改良沥青路面层间接触状态,分析不同类型基层的沥青路面在承受水平力和垂向力作用时,路面结构内部应力分布及变化情况。
2.通过分析防水粘结层的受力状态,考察层间的剪应力分布规律,对应不同的剪应力分布规律进行防水粘结层的设计,从而提出合理的长寿命沥青路面结构。
