半刚性基层沥青路面高温修正系数研究

朱志远

(江苏扬子大桥股份有限公司，江苏 靖江　214521)



半刚性基层沥青路面高温修正系数研究

朱志远

(江苏扬子大桥股份有限公司，江苏 靖江214521)

摘要：基于弹性层状理论,运用apbi计算程序，考虑高温对沥青混合料模量的影响，采用路表弯沉值为指标，基于大量计算数据分析温度对半刚性基层沥青路面轴载换算的影响，并结合江苏地区的具体情况，给出了高温修正系数β的建议值，约为1.73。

关键词：轴载换算；弯沉； 高温修正系数

1高温修正系数的基本概念

不同轴载对路面结构产生不同的影响, 即使是相同的轴载, 在不同温度下对路面结构疲劳损坏的影响也是不同的。温度较低时，沥青混合料的抗压模量增大，轴载对路面的破坏作用小于正常温度时对路面的破坏；而温度较高时，沥青混合料的抗压模量降低，轴载对路面结构的破坏明显高于正常温度时对路面的破坏。因此,在进行轴载换算确定当量轴次时, 应考虑轴载在高温时对路面的影响, 这就是轴载换算的高温修正系数的概念。

我国沥青路面设计中, 尚未对轴载换算进行温度修正, 也未引入相应的轴载换算高温修正系数, 而是简单地将所有温度下的车辆均按轴载换算公式(1)，换算成标准轴载p的当量作用次数。

(1)

2高温修正系数与高温影响系数的关系

路面结构在不同轴载作用下，弯沉比的简化公式(2)如下

(2)

式中:P1、P2为试验车辆的轴载;L1、L2为相应于轴载为P1、P2的实测轮隙回弹弯沉值;b为与路面结构有关的指数,我国经过大量不同轴载作用下的弯沉对比试验，确定了b的经验值为0.88。

利用弯沉等效的原则，来确定高温修正系数β与高温影响系数K时的关系。高温影响系数K可以理解为，高温t1时在轴载P作用下，路表实测弯沉值为L,正常温度t2时在轴载P作用下，路表弯沉值为L′，则L′=L/K，其中L′可以看做是轴载P′在温度t1时的作用效果，很明显，P′

经过分析可得，高温时，由于沥青路面面层的抗压模量明显减小，使得相同轴载产生的路表弯沉大于正常温度时的弯沉。因此，只有在高温时，把轴载P减小到P′，才能使其与正常温度时轴载P产生的相同的路表弯沉值均为L′。

(3)

由式(3)可得

P=K1/bP′

(4)

由此可见, 高温时轴载P′的作用与正常温度时轴载P=K1/bP′的作用对路面造成的影响是等效的。又由轴载换算可得,

(5)

由(5)式可得,高温修正系数跟高温影响系数是5次方的关系,由此看出,温度对轴载换算有很重要的影响。

3温度对轴载换算的影响分析

国内外研究表明，沥青的模量随温度有较大的变化，并不是一个定值，由于沥青模量的变化，沥青混合料的模量也会有较大的变化，使得不同温度时测得的路边弯沉变化较大。为了研究分析温度对半刚性基层沥青路面的轴载换算的影响, 《根据沥青路面设计规范》(JTJ014-97),运用基于弹性层状体系的apbi路面计算程序，选取我国典型的半刚性基层沥青路面的材料参数,各层的结构参数和变化范围如表1。

表1　半刚性基层沥青路面各层的结构

参考规范要求，选取典型结构参数，拟定半刚性基层路面结构如图1。

图1　半刚性基层沥青路面结构形式

考虑温度对沥青面层模量以及泊松比的影响，将沥青面层的模量、泊松比与温度的关系列于表2，考虑到基层与土基的模量随温度变化较小，为简化计算，视为定值，基层和土基材料的弹性参数列于表3。

表2　沥青混合料的弹性参数

表3　基层和突击材料的弹性参数

根据apbi路面力学计算程序，绘出高温修正系数β随温度的变化曲线，并考虑高温修正系数β与沥青面层厚度的影响关系。作用在路面的荷载采用我国现行路面设计规范中的单轴双轮标准轴载BZZ-100，荷载作用如图2，轮胎压力取0.7 MPa,车轮荷载简化为当量的双圆均布荷载，当量圆半径r取10.65 cm,当量圆圆心之间距离为31.95 cm。利用apbi程序，计算两个当量圆中点A的路表弯沉值，取20 ℃时的弯沉值为正常温度时的弯沉，用公式(5)，分别计算出高温时的温度修正系数β，再改变沥青面层厚度，分别把每一层厚度加减1 cm，计算面层厚度为15 cm和21 cm时各温度所对应的高温修正系数，与原路面做比较，并绘出高温修正系数β与温度的关系曲线。

图2　轴载作用示意图

不同厚度时的高温修正系数列于表4，不同面层厚度时的高温修正系数与温度的关系曲线如图3所示。

表4　不同厚度时温度修正系数与温度的关系

图3　不同面层厚度时高温修正系数与温度的关系曲线

图4　不同厚度沥青路面△β/△h随温度变化曲线

4江苏地区高温修正系数的建议值

试验和理论分析表明, 路基和路面的模量对路表弯沉的影响是很大的, 而它又受温度的影响, 即温度升高, 会使路基和路面结构的模量降低, 造成路表弯沉的增大。

江苏地区属于夏炎热冬冷区，在宁宿徐高速盱眙南段高速公路7月份夏天的实测路面温度场数据如图5。

图5　夏季沥青路面不同位置处温度随时间变化图

由图5可以看出，夏天时路表的最高气温可以超过60 ℃，故考虑夏天时的路面状况作为最不利季节的因素作为参考。取日平均气温约45 ℃作为夏天每天的日平均气温，再次基础上结合上文的计算内容，给出温度修正系数β的建议值，约为1.73。

5结论

本文利用弹性层状体系计算程序，对半刚性基层沥青路面高温修正系数进行计算分析，在大量计算数据的基础上，通过对比分析，得出以下结论：

(1)相同的轴载在不同的温度时对路面造成的损害也不相同，故有必要引进一个高温修正系数β，在弯沉等效的前提下，使得高温时轴载为P′时与正常温度时轴载P对路面形成的弯沉相同。

(3)利用apbi计算程序，在弯沉等效的前提下，计算不同厚度沥青面层得半刚性基层沥青路面在不同温度时的高温修正系数β，并分析β与面层厚度变化的敏感关系。由数据分析可得，高温修正系数随温度升高而增大，与沥青面层厚度变化的敏感性随温度升高而减弱。结合江苏地区夏季具体温度状况，给出建议的高温修正系数值为1.73。

参考文献：

[1]邓学钧，黄 卫，黄晓明．路面结构计算和设计电算方法[M]．南京：东南大学出版社，1997．

[2]邓学钧, 黄晓明. 路面设计原理与方法[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001.

[3]王妍薇. 豫东地区沥青路面轴载换算的季节修正[J].公路与汽运,2009,(5).

[4]马涛，黄晓明. 半刚性基层沥青路面轴数系数研究[J].公路交通科技，2006,23(8).

Research on temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base

ZHU Zhi-yuan

(Transportation College of Southeast University, Jingjiang,jiangsu 210096, China)

Abstract:Based on the layer-elastic theory, apbi software is used to calculate the temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base. While the influence of temperature on the modulus of the pavement has been taken into consideration, using the deflection value to compare different axle-load exchange outcome under different temperature. The recommended temperature correction coefficient of asphalt pavement with semi-rigid base in Jiangsu province is about 1.73.

Keywords:axle-load exchange; deflection; temperature correction coefficient

中图分类号：U416.223

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0029-03

作者简介：朱志远，男，助理工程师。

收稿日期：2016-02-11