土工织物延缓沥青路面疲劳型反射裂缝的有限元分析.pdf

第35卷第6期 北京工业大学学报 Vd．35No．6 OF UNIVERSITYOFTECHNCILOGY 2009年6月 JOURNALBEIJING Jun．2009 土工织物延缓沥青路面疲劳型反射裂缝的有限元分析 苗英豪，赵恩强，王书云，张金喜 (北京工业大学交通研究中心，北京100124) 摘要：为定量研究土工织物对沥青路面疲劳型反射裂缝的防治效果．利用有限元方法。分析了土工织物对沥 青路面内部应力应变分布的影响以及土工织物内应力应变的状况。进而对加铺土工织物后沥青面层疲劳寿命的 变化进行了定量研究．土工织物的加入有效降低了沥青面层层底拉应力，从而延长了沥青面层的疲劳寿命，土 工织物弹性模量越大。应力降低值越大．沥青面层的疲劳寿命延长率越高；位于基层裂缝上部的土工织物内部应 力分布范围约为12cm．且应力值远小于其抗拉强度．研究表明．利用土工织物防治疲劳型反射裂缝是一种有效 的方法，工程中应以土工织物可能承受的最大拉应力对应的弹性模量为依据，选择模量较大的材料． 关键词：道路工程；沥青路面；土工织物；反射裂缝 中图分类号：U416．2 文献标识码：A 文章编号：0254—0037(2009)06—0790一06 反射裂缝是半刚性基层沥青路面和旧水泥混凝土路面沥青加铺层的常见病害，外界温度的循环变化 是反射裂缝形成的重要原因之一【l训．温度的下降引起有裂缝的半刚性基层或水泥混凝土板收缩。使裂缝 张开，带动靠近裂缝上端口附近的沥青面层伸长。导致拉应力集中．在每日的温度循环变化中，裂缝上端 口附近的沥青面层将受到拉压应力的反复作用，因疲劳产生裂缝．在层间加铺土工织物是延缓沥青路面 疲劳型反射裂缝的有效途径．针对这一方法，国内外开展过一些研究【5-7]，然而加铺土工织物会带来多大 程度的改善。还没有定量的依据．作者利用有限元方法，分析加铺土工织物引起的路面内部应力分布的变 化情况，进而研究土工织物对疲劳型反射裂缝的延缓效果，为工程应用提供参考． 1计算模型 根据所研究问题的特点，建立三维空间有限 元模型，模型详细尺寸如图1所示．模型考虑35 cm工灰稳定土底基层、20cm水泥稳定碎石基 侧视图 层、6cm粗粒式沥青混凝土底面层、5cm中粒式 沥青混凝土中面层和4cm细粒式沥青混凝土顶 面层组成的路面结构．模型中地基的宽度和厚 度是通过试算确定的，并综合考虑计算误差和计 · !Q - 算时间．除模型顶面外，对各边界面施加垂直于 裂缝、 对称轴、 该面的约束．模型总体坐标以路线横向水平方 向为．27，路线横向垂直方向为Y，路线纵向为z． 20 一 计算时考虑基层有无裂缝、基层和沥青面层 一 间有无土工织物等不同组合，假定各结构层之间 顶面图 完全连续，土工织物与上下层之间亦为完全连 图1计算模型详细尺寸图(单位：m) 续．计算利用通用有限元软件ABAQUS进行，Fig．1Detailedsizeofcomputationmodel(unit：m) 收稿日期：2007．11-30． 基金项目：北京工业大学博士科研启动基金资助项目(52004011200702) 作者简介：苗英豪(1975一)，男，河北省辛集人，讲师． 万方数据 第6期 苗英豪，等：土工织物延缓沥青路面疲劳型反射裂缝的有限元分析 791 性，各结构层材料参数列于表1．土工织物泊松比取0．4，厚度取0．8ITlm，弹性模量作为敏感分析变量，取 50MPa、100～1500 MPa(步长为100)．