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夹层防治反射裂缝效果的应力探析
摘要：采用三维有限元静力分析方法，计算分析了具有接缝的
旧水泥混凝土路面上沥青加铺层在行车荷载和温度变化作用下应
力的变化情况，从理论上深入研究了应力吸收夹层和加筋夹层在
不同情况下防治反射裂缝的效果，提出了两种夹层的模量推荐取
值.
关键词：反射裂缝沥青加铺层夹层有限元
计算模型与参数
本文采用通用结构分析程序sap91.计算采用静力分析方法，研
究对象由沥青加铺层、夹层（可选）、带有接缝的旧水泥砼路面
层和地基组成.为反映半空间地基的特性，地基采用扩大尺寸，
如图1所示.对各结构层作如下假定：
1）各层为均匀、连续、各向同性的线弹性体；
2）各层层间竖向、水平位移均连续；
3）地基底面各向位移为零，地基侧面水平方向位移为零；沥
青加铺层和旧水泥砼层在两端横截面上水平位移为零，在两侧侧
面上位移自由；
4）不计路面结构自重影响；接缝宽度为1cm，旧水泥砼路面在
接缝处无传荷能力.
沥青面层中反射裂缝的产生是由行车荷载和温度变化引起的.
由断裂理论可知，加铺层中产生的反射裂缝主要是由沥青层底正
应力qy引起的张开型裂缝和由剪应力tyz引起的剪切型裂缝.根
据国内外的研究发现，在行车荷载作用时，当车轮对称作用于
接缝上端时，沥青加铺层底面在接缝处正应力ry和主应力r1均
为压应力，这是由于旧水泥砼板对其挤压作用导致的，另外由结
构、荷载的正对称性可知沥青加铺层底面在接缝处剪应力tyz为零.
因此本文认为正对称荷载不是引起反射裂缝的主要原因，此处主
要研究偏荷载作用下的受力情况.根据同济大学周富杰的研究，
取偏荷载作用下最不利荷载位置如图2所示.行车荷载取
bzz-100，荷载集度q=0.7mpa，轮压作用范围等效为18.9cm×
18.9cm的正方形，双轮间距32cm，两侧轮隙间距182cm.无特别
说明时，材料计算参数取值如下：沥青混凝土e=1200mpa，t=0.25；
水泥混凝土e=30000mpa，v=0.15；地基e=80mpa，t=0.30。
2荷载应力分析
211无夹层时沥青加铺层厚度的影响
当沥青加铺层直接摊铺在水泥混凝土板上时，接缝处沥青层底
应力随沥青加铺层厚度变化如表1所示.
①各应力点的位置坐标（x，y，z）分别如下：qymin（3000，8005，
9220）；qymax（3189，8030，9220）；tlmax（3000，8005，
9220）；tyzmax（3000，8010，9220）.单位为m.
②剪应力虽为负值，但这只是方向问题，对剪切变形程度无影
响，故取其下标为max.下同.由表1可以看到，在偏荷载作用下，
接缝区沥青层底r1max和syzmax受沥青层厚度影响较大.而qy在
接缝处均为负值，在接缝处附近的正值又很小，故可知q1和tyz
是引起反射裂缝的主要原因.当沥青层厚度较小时，q1和tyz都
很大，已超过了一般沥青混凝土的强度极限，导致反射裂缝的产
生.增加加铺层的厚度可有效减小q1和tyz.沥青混凝土的抗拉强
度一般为1.0mpa左右，故单从荷载作用角度来看，若要通过增
加加铺层的厚度来抑制反射裂缝的产生与扩展，其厚度至少应为
20cm以上.
212夹层的影响
将夹层模拟为厚1cm的弹性层，对应于沥青橡胶层和土工格栅
层，取夹层模量e分别为30-140mpa和2000-8000mpa，沥青加铺
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