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破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层温度应力影响因素

陈拴发 郑木莲 杨斌 王秉纲

陈拴发, 郑木莲, 杨斌, 王秉纲. 破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层温度应力影响因素[J]. 交通运输工程学报, 2005, 5(3): 25-30.
引用本文: 陈拴发, 郑木莲, 杨斌, 王秉纲. 破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层温度应力影响因素[J]. 交通运输工程学报, 2005, 5(3): 25-30.
Chen Shuan-fa, Zheng Mu-lian, Yang Bin, Wang Bing-gang. Thermal stress influence factors of asphalt overlay on cement concrete pavement cracking slab[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2005, 5(3): 25-30.
Citation: Chen Shuan-fa, Zheng Mu-lian, Yang Bin, Wang Bing-gang. Thermal stress influence factors of asphalt overlay on cement concrete pavement cracking slab[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2005, 5(3): 25-30.

破裂水泥混凝土路面板沥青加铺层温度应力影响因素

基金项目: 

湖北省交通科技项目 2002-618

详细信息
    作者简介:

    陈拴发(1963-), 男, 陕西长武人, 长安大学副教授, 博士, 从事道路结构与材料研究

  • 中图分类号: U414

Thermal stress influence factors of asphalt overlay on cement concrete pavement cracking slab

More Information
    Author Bio:

    Chen Shuan-fa(1963-), male, PhD, associate professor, 86-29-82334450, chenshuanfa@sohu.com

  • 摘要: 为了防止水泥混凝土路面加铺沥青面层反射裂缝的产生, 采用有限元方法, 视路面结构为弹性层状体系, 建立沥青加铺层、补强层、破裂水泥混凝土路面板和地基组成的空间三维模型, 分析了破裂板块平面尺寸、降温幅度、沥青加铺层模量及厚度、结构补强层模量、混凝土路面板厚度等因素对沥青加铺层温度应力的影响。结果表明, 对破裂后的旧水泥混凝土路面板块, 沥青加铺层温度应力随其板块尺寸的减小而大幅度降低, 较大的降温幅度对加铺层温度应力的影响远大于车辆荷载产生的应力; 而降低沥青加铺层模量, 增大加铺层厚度等技术措施可明显改善破裂板接缝处的应力状况, 并能有效地防止沥青加铺层反射裂缝的产生。

     

  • 图  1  尺寸与应力关系

    Figure  1.  Relation of size and stress

    图  2  应力与降温幅度关系

    Figure  2.  Relation of stress and temperature drop scope

    图  3  应力与模量关系

    Figure  3.  Relation of stress and modulus

    图  4  应力与厚度关系

    Figure  4.  Fig. 4 Relation of stress and thickness

    图  5  应力与模量关系

    Figure  5.  Relation of stress and modulus

    图  6  应力与模量关系

    Figure  6.  Relation of stress and modulus

    图  7  应力与厚度关系

    Figure  7.  Relation of stress and thickness

    表  1  计算参数

    Table  1.   Main calculation parameters

    结构层 厚度/cm 弹性模量E/MPa 泊松比μ 导热系数/[W·(m·℃)-1] 线膨胀系数/℃-1
    沥青加铺层(AC) 8~20 600~2 200 0.25 1.2 2.1×10-5
    补强层 15 150~3 000 0.30 1.1 0.8×10-5
    旧水泥混凝土路面(PCC) 18~26 25 000~32 000 0.15 1.5 1.0×10-5
    基础 100 0.35 1.0 0.5×10-5
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    表  2  路面板破裂尺寸对温度应力的影响

    Table  2.   Influence of pavement slab cracked size on thermal stress of asphalt overlay  /MPa

    板块尺寸 σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    500 cm×375 cm 3.616 1.033 0.181 -0.002 0.000 0.011 3.616 1.033 0.181 3.098 1.718
    250 cm×188 cm 2.961 0.859 0.147 -0.001 -0.001 0.021 2.962 0.859 0.147 2.535 1.408
    100 cm×94 cm 2.138 0.639 0.104 0.000 0.000 -0.001 2.138 0.639 0.104 1.826 1.017
    50 cm×54 cm 1.392 0.437 0.064 -0.001 -0.001 0.000 1.392 0.437 0.064 1.187 0.665
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    表  3  降温幅度对沥青加铺层温度应力的影响

    Table  3.   Influence of temperature drop scope on thermal stress of asphalt overlay  /MPa

    降温幅度/℃ σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    -5 1.069 0.320 0.052 0 0 -0.001 1.069 0.320 0.052 0.913 0.509
    -10 2.138 0.639 0.104 0 0 -0.001 2.138 0.639 0.104 1.826 1.017
    -15 3.207 0.959 0.156 0 0 -0.002 3.207 0.959 0.156 2.739 1.526
    -20 4.276 1.278 0.208 0 0 -0.002 4.276 1.278 0.208 3.652 2.034
    -25 5.345 1.598 0.260 0 0 -0.003 5.345 1.598 0.260 4.565 2.543
    -30 6.414 1.917 0.312 0 0 -0.003 6.414 1.917 0.312 5.478 3.051
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    表  4  模量对温度应力的影响

    Table  4.   Influence of asphalt mixture modulus on thermal stress  /MPa

    Ea/MPa σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    600 1.619 0.467 0.080 0 -0.001 -0.001 1.619 0.467 0.080 1.387 0.770
    800 1.824 0.533 0.090 0 -0.001 -0.001 1.824 0.533 0.090 1.560 0.867
    1 000 1.961 0.581 0.096 0 -0.001 -0.001 1.961 0.581 0.096 1.676 0.933
    1 200 2.138 0.639 0.104 0 0.000 -0.001 2.138 0.639 0.104 1.826 1.017
    1 400 1.146 0.644 0.102 0 0.000 0.000 2.146 0.644 0.102 1.830 1.022
    1 600 2.151 0.663 0.102 0 0.000 0.001 2.151 0.663 0.102 1.834 1.025
    1 800 2.170 0.677 0.102 0 0.001 0.001 2.170 0.677 0.102 1.848 1.034
    2 000 2.170 0.685 0.101 0 0.002 0.001 2.168 0.685 0.101 1.846 1.034
    2 200 2.159 0.691 0.099 0 0.002 0.002 2.159 0.691 0.099 1.836 1.030
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    表  5  加铺层厚度对温度应力的影响

    Table  5.   Influence of overlay thickness on thermal stress  /MPa

    ha/cm σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    8 3.044 0.901 0.153 -0.001 -0.002 -0.008 3.044 0.901 0.153 2.599 1.446
    10 2.591 0.770 0.129 -0.001 -0.001 -0.005 2.591 0.770 0.129 2.213 1.232
    12 2.138 0.639 0.104 0.000 0.000 -0.001 2.138 0.639 0.104 1.826 1.017
    14 1.685 0.510 0.080 0.000 0.001 0.001 1.685 0.510 0.080 1.440 0.803
    16 1.232 0.381 0.055 0.000 0.001 0.002 1.232 0.381 0.055 1.053 0.589
    18 0.883 0.281 0.036 0.000 0.002 0.003 0.883 0.281 0.036 0.756 0.424
    20 0.534 0.181 0.017 0.000 0.002 0.003 0.534 0.181 0.017 0.458 0.259
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    表  6  补强层模量对其温度应力的影响

    Table  6.   Influence of strengthening layer modulus on its thermal stress  /MPa

    补强层模量EB/MPa σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    150 0.458 0.149 0.044 0 -0.001 -0.004 0.458 0.149 0.044 0.373 0.208
    300 0.770 0.249 0.072 0 0.000 -0.006 0.770 0.249 0.072 0.628 0.349
    500 1.061 0.340 0.097 0 0.000 -0.008 1.061 0.340 0.097 0.868 0.482
    800 1.356 0.431 0.121 0 0.000 -0.010 1.356 0.431 0.121 1.113 0.618
    1 000 1.499 0.473 0.131 0 0.000 -0.011 1.499 0.473 0.131 1.233 0.684
    1 500 1.757 0.548 0.149 0 0.001 -0.014 1.757 0.548 0.149 1.450 0.804
    3 000 2.183 0.659 0.179 0 0.002 -0.017 2.183 0.659 0.179 1.812 1.002
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    表  7  补强层模量对沥青加铺层温度应力的影响

    Table  7.   Influence of strengthening layer modulus on thermal stress of asphalt overlay  /MPa

    补强层模量EB/MPa σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    150 0.151 0.120 0.052 0 -0.001 0 0.151 0.120 0.052 0.087 0.050
    300 0.153 0.138 0.081 0 -0.001 0 0.153 0.138 0.081 0.066 0.036
    500 0.157 0.148 0.101 0 -0.001 0 0.157 0.148 0.101 0.052 0.029
    800 0.162 0.153 0.112 0 -0.001 0 0.162 0.153 0.112 0.046 0.025
    1 000 0.164 0.154 0.114 0 -0.001 0 0.164 0.154 0.114 0.046 0.025
    1 500 0.166 0.154 0.111 0 -0.001 0 0.166 0.154 0.111 0.050 0.028
    3 000 0.164 0.149 0.093 0 -0.001 0 0.164 0.149 0.093 0.065 0.036
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    表  8  破裂板厚度对沥青加铺层温度应力的影响

    Table  8.   Influence of cracked slab thickness on thermal stress of asphalt overlay  /MPa

    破裂板厚度hc/cm σx σy σz τxy τyz τxz σ1 σ2 σ3 σe τmax
    18 1.910 0.579 0.093 0.000 0.000 -0.001 1.910 0.579 0.093 1.629 0.908
    20 2.024 0.609 0.099 0.000 0.000 -0.001 2.024 0.609 0.099 1.728 0.963
    22 2.138 0.639 0.104 0.000 0.000 -0.001 2.138 0.639 0.104 1.826 1.017
    24 2.108 0.631 0.102 0.001 -0.001 0.000 2.108 0.631 0.102 1.801 1.003
    26 2.077 0.623 0.100 0.001 -0.001 0.001 2.077 0.623 0.100 1.775 0.989
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  • 收稿日期:  2005-03-13
  • 刊出日期:  2005-09-25

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