A
沥青技术
SPHALT TECHNOLOGY
文/李国群
沥青路面温度应力分析
本
文建立了沥青路面温度应力计算模型，采用指数函数计算出路面
算结果如图3所示：
结构的温差随深度的变化规律；分析了沥青面层模量变化、厚度变化和基层模量变化、厚度变化对温度应力的影响，为沥青路面设计提供了参考。
温度荷载的作用是引起半刚性基层沥青路面开裂的一大因素，当温度变化引起的路面结构变形受阻时，在路面内部就会产生温度应力，有时其值甚至大于行车荷载应力，因此有必要在路面结构设计时考虑降温及温度梯度的影响。
（2.2）
式中，bi－控制温差随深度变化速度的因子，一般可取（b1，b2，b3）=（5，4，3）。
根据上式，对路面结构内不同深度处的温度场分布进行计算。由于温度升高时，路面结构内产生压应力，对平衡荷载应力反而有利，所以本文分析时只考虑路面温度下降引起的拉应力作用，路表降温10℃时引起的路面结构温差分布如图2所示：
（2.1）
式中，Pi－路面结构第i层表面的温差，且
表1 路面结构参数
4200MPa、5600MPa，温度应力计
由图3可以得出以下一些基本结论：随着路面深度的增加，温度应力急剧减小；由于不同结构层材料的热学参数存在差异，温度应力分布在层间接触面上发生突变；
面层模量仅对面层内的温度应力
温度应力计算模型
在进行温度应力计算时，选取的路面结构及参数如表1所示。
针对上述路面结构，构建ABAQUS有限元模型对温度应力进行分析。模型尺寸为10m×10m，土基深度取5m，使用三维八节点一阶减缩单元（C3D8R），沿垂直深度方向每2cm设置一温度层，采用公式计算或者实测数据确定温度场。
路面参数变化对温度应力的影响
面层模量变化对温度应力的影响
沥青面层厚度取18cm，模量分别取1400MPa、2800MPa、
图1 沥青路面温度应力计算有限元模型
沥青路面温度场分布
本文采用下列指数函数计算路面结构的温差随深度的变化规律：
的影响最为显著。对于前4种级配，在最大粒径相同情况下，当4.75mm通过率增加时，粗集料含量减少，沥青的最佳沥青用量增加，空隙率减少，骨架间隙率和矿料间隙率增加，沥青饱和度变大。稳定度和流值的变化趋势相同，都随着细集料含量的增加而变大；对于级配5，同细料含量相近的级配3相比，最大粒径减小，沥青用量增大，稳定度减小，流值增加，混合料的高温性能有所降低，在高温浸水48小时的条件下，残留稳定度很低。
在相同的条件下，稳定度与流值都随着细集料的增加而增加，因此无法
对各级配的高温性能进行评价，这在一定程度上也说明，马歇尔试验指标同混合料的高温性能之间相关性很差。
联系各个级配的曲线特征，考察Surperpave的控制点和禁区的设定对于马歇尔指标值的影响，可以发现现有试验资料在一定程度上可以说明二者之间的关系，在最大粒径相同的情况下，如级配1～4，级配3、4分别从Surperpave禁区下限和上限穿过，前者稳定度及残留稳定度都较好，后者属于规范允许但不推荐的范围，虽然稳定度值较高，但由于含有较多细料而保持结构稳定性能差，残留稳定度较小；
级配1穿过禁区，属于典型的“驼峰曲线”，由于含砂量较多，稳定度及残留稳定度都比较低；级配2的规律性则不很明确。
Surperpave技术对材料要求和成型控制方法都与马歇尔法存在一定差异，因此单纯利用其级配特征虽然可以获得某一/几方面的优越性，但对于少量试验资料存在一定的偶然性，要建立二者之间的稳定关系，必须借助于大量的对比试验研究。
作者单位；邢台市高速公路管理处
202
小，可见由于面层的保护作用，其下层的温度条件得到了一定的改善，从而减轻了结构内的温缩作用；
从温度应力的大小来看，当路表温度降低较大时，沥青面层及基层内部的应力值均
较大，在路面结构设计时不宜忽略。
40cm，计算结果如图6所示（前图为全厚度图，后图为局部放大图）：
由图6可以得出以下结论：基层厚度对面层和基层内温度应力的影响很小，不同厚度基层的沥青路面，面层内部同一水平面上的温度应力也基本相同；
基层厚度对于基层以下的路面结构有一定影响，随着基层厚度的增大，在基层和下部结构的接触面上的温度应力突变值逐渐减小。
基层模量变化对温度应力的影响
半刚性基层厚度取36cm，模量分别取2000MPa、4000MPa、6000MPa、8000MPa、10000MPa，计算结果如图5所示：
由图5可以得出以下结论：基层模量也仅对基层内部温度应力有影响；随着基层模量的增大，基层内产生的温度应力也相应增大；
对于半刚性基层来
说，过高的模量是造成基层开裂并引起反射裂缝的主要原因之一。
结语
沥青路面质量影响因素有多种。随着研究的深入，温度应力对沥青路面的影响越来越引起重视。本文从面层模量对温度应力的影响、面层厚度对面层底部和基层顶部的温度应力的影响，基层模量对基层内部温度应力影响、基层厚度对面层和基层内温度应力的影响等方面进行了研究分析，为沥青路面结构设计中考虑温度应力影响提供了技术支
持。
作者单位：邢台路桥建设总公司
有显著影响，随面层模量的增加，面层内的温度应力明显增大，两者成线性正比关系，表明冬季低温时沥青面层变硬，模量增大，更容易产生开裂。
基层厚度变化对温度
应力的影响
半刚性基层模量取4000MPa，厚度为20cm、25cm、30cm、35cm、
面层厚度变化对温度应力的影响
沥青面层模量取1400MPa，厚度分别取12cm、18cm、24cm，温度应力计算结果如图4所示：
由图4可以得出以下结论：
随着面层厚度的
增加，面层底部和基层顶部的温度应力明显减
2010年第1期
(1月上)
《交通世界》
203
A
沥青技术
SPHALT TECHNOLOGY
文/李国群
沥青路面温度应力分析
本
文建立了沥青路面温度应力计算模型，采用指数函数计算出路面
算结果如图3所示：
结构的温差随深度的变化规律；分析了沥青面层模量变化、厚度变化和基层模量变化、厚度变化对温度应力的影响，为沥青路面设计提供了参考。
温度荷载的作用是引起半刚性基层沥青路面开裂的一大因素，当温度变化引起的路面结构变形受阻时，在路面内部就会产生温度应力，有时其值甚至大于行车荷载应力，因此有必要在路面结构设计时考虑降温及温度梯度的影响。
（2.2）
式中，bi－控制温差随深度变化速度的因子，一般可取（b1，b2，b3）=（5，4，3）。
根据上式，对路面结构内不同深度处的温度场分布进行计算。由于温度升高时，路面结构内产生压应力，对平衡荷载应力反而有利，所以本文分析时只考虑路面温度下降引起的拉应力作用，路表降温10℃时引起的路面结构温差分布如图2所示：
（2.1）
式中，Pi－路面结构第i层表面的温差，且
表1 路面结构参数
4200MPa、5600MPa，温度应力计
由图3可以得出以下一些基本结论：随着路面深度的增加，温度应力急剧减小；由于不同结构层材料的热学参数存在差异，温度应力分布在层间接触面上发生突变；
面层模量仅对面层内的温度应力
温度应力计算模型
在进行温度应力计算时，选取的路面结构及参数如表1所示。
针对上述路面结构，构建ABAQUS有限元模型对温度应力进行分析。模型尺寸为10m×10m，土基深度取5m，使用三维八节点一阶减缩单元（C3D8R），沿垂直深度方向每2cm设置一温度层，采用公式计算或者实测数据确定温度场。
路面参数变化对温度应力的影响
面层模量变化对温度应力的影响
沥青面层厚度取18cm，模量分别取1400MPa、2800MPa、
图1 沥青路面温度应力计算有限元模型
沥青路面温度场分布
本文采用下列指数函数计算路面结构的温差随深度的变化规律：
的影响最为显著。对于前4种级配，在最大粒径相同情况下，当4.75mm通过率增加时，粗集料含量减少，沥青的最佳沥青用量增加，空隙率减少，骨架间隙率和矿料间隙率增加，沥青饱和度变大。稳定度和流值的变化趋势相同，都随着细集料含量的增加而变大；对于级配5，同细料含量相近的级配3相比，最大粒径减小，沥青用量增大，稳定度减小，流值增加，混合料的高温性能有所降低，在高温浸水48小时的条件下，残留稳定度很低。
在相同的条件下，稳定度与流值都随着细集料的增加而增加，因此无法
对各级配的高温性能进行评价，这在一定程度上也说明，马歇尔试验指标同混合料的高温性能之间相关性很差。
联系各个级配的曲线特征，考察Surperpave的控制点和禁区的设定对于马歇尔指标值的影响，可以发现现有试验资料在一定程度上可以说明二者之间的关系，在最大粒径相同的情况下，如级配1～4，级配3、4分别从Surperpave禁区下限和上限穿过，前者稳定度及残留稳定度都较好，后者属于规范允许但不推荐的范围，虽然稳定度值较高，但由于含有较多细料而保持结构稳定性能差，残留稳定度较小；
级配1穿过禁区，属于典型的“驼峰曲线”，由于含砂量较多，稳定度及残留稳定度都比较低；级配2的规律性则不很明确。
Surperpave技术对材料要求和成型控制方法都与马歇尔法存在一定差异，因此单纯利用其级配特征虽然可以获得某一/几方面的优越性，但对于少量试验资料存在一定的偶然性，要建立二者之间的稳定关系，必须借助于大量的对比试验研究。
作者单位；邢台市高速公路管理处
202
小，可见由于面层的保护作用，其下层的温度条件得到了一定的改善，从而减轻了结构内的温缩作用；
从温度应力的大小来看，当路表温度降低较大时，沥青面层及基层内部的应力值均
较大，在路面结构设计时不宜忽略。
40cm，计算结果如图6所示（前图为全厚度图，后图为局部放大图）：
由图6可以得出以下结论：基层厚度对面层和基层内温度应力的影响很小，不同厚度基层的沥青路面，面层内部同一水平面上的温度应力也基本相同；
基层厚度对于基层以下的路面结构有一定影响，随着基层厚度的增大，在基层和下部结构的接触面上的温度应力突变值逐渐减小。
基层模量变化对温度应力的影响
半刚性基层厚度取36cm，模量分别取2000MPa、4000MPa、6000MPa、8000MPa、10000MPa，计算结果如图5所示：
由图5可以得出以下结论：基层模量也仅对基层内部温度应力有影响；随着基层模量的增大，基层内产生的温度应力也相应增大；
对于半刚性基层来
说，过高的模量是造成基层开裂并引起反射裂缝的主要原因之一。
结语
沥青路面质量影响因素有多种。随着研究的深入，温度应力对沥青路面的影响越来越引起重视。本文从面层模量对温度应力的影响、面层厚度对面层底部和基层顶部的温度应力的影响，基层模量对基层内部温度应力影响、基层厚度对面层和基层内温度应力的影响等方面进行了研究分析，为沥青路面结构设计中考虑温度应力影响提供了技术支
持。
作者单位：邢台路桥建设总公司
有显著影响，随面层模量的增加，面层内的温度应力明显增大，两者成线性正比关系，表明冬季低温时沥青面层变硬，模量增大，更容易产生开裂。
基层厚度变化对温度
应力的影响
半刚性基层模量取4000MPa，厚度为20cm、25cm、30cm、35cm、
面层厚度变化对温度应力的影响
沥青面层模量取1400MPa，厚度分别取12cm、18cm、24cm，温度应力计算结果如图4所示：
由图4可以得出以下结论：
随着面层厚度的
增加，面层底部和基层顶部的温度应力明显减
2010年第1期
(1月上)
《交通世界》
203