[发明专利]一种半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的计算方法

说明书

本发明公开了一种可用于在沥青路面结构设计中计算路面结构抗反射裂缝能力的方法。首先对涉及的不同沥青混合料成型如附图的试件，进行抗剪切型反射裂缝疲劳试验，得到抗反射裂缝疲劳寿命；采用有限元法计算试件中裂缝顶端沥青混合料层底部的应力强度因子；通过回归分析建立不同沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程；然后，计算出各沥青层在其底部各层均开裂后的应力强度因子，得到各沥青层的抗反射裂缝疲劳寿命；将各层的抗反射裂缝疲劳寿命相加后除以方向系数、车道系数，得到路面结构抗反射裂缝能力可以承受的交通量。通过与设计使用期内的累积交通量比较，判断路面结构是否会在设计使用期内产生反射裂缝，或计算出路表出现反射裂缝的可能时间。

技术领域

本发明涉及沥青路面结构设计方法领域，尤其涉及一种半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的计算方法。

背景技术

半刚性基层沥青路面因其具有较高的承载能力和较低的初期建设费用而在我国得到广泛的应用，但是该种路面结构存在一个典型的破坏形式----反射裂缝。反射裂缝的产生，一方面会降低路面结构的承载能力，另一方面会使路表的雨雪水通过裂缝渗入到路面结构内部，从而加速路面结构的破坏，降低路面的路用性能和使用寿命。

国内外对于沥青路面反射裂缝的产生机理非常明确：当半刚性基层产生裂缝后，在车辆荷载与温度荷载的重复作用下，基层裂缝处的沥青层底部必然会出现应力集中现象，从而使裂缝沿沥青层向上扩展，最终整个沥青混凝土层都产生开裂。这种由半刚性基层开裂而引起的沥青面层的开裂，称为反射裂缝。

沥青路面的反射裂缝是一个众所周知的病害，国内外对反射裂缝的产生机理、提出了多种抗反射裂缝的技术措施，并对各种技术措施的抗裂机理和效果等进行了大量的研究。但是，仍未提出一种计算整个路面结构的抗反射裂缝能力(疲劳寿命)的计算方法，以至于在现有的沥青路面结构设计方法中没有控制反射裂缝的设计指标，因而无法通过设计来控制反射裂缝的产生。致使沥青路面的反射裂缝是一种常见的病害，影响沥青路面的路用性能和耐久性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述背景技术的不足，而提出一种计算整个沥青路面结构抗反射裂缝能力(疲劳寿命)的计算方法，以便于在沥青路面结构设计方法中引入反映路面结构抗反射裂缝能力的设计指标。

为解决上述技术问题，本发明提出一种半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的计算方法，包括如下步骤：

1)对设计的路面结构中所涉及的各种沥青混合料成型如图的具有不同沥青混合料层厚度的复合式试件，进行抗剪切型反射裂缝疲劳试验，得到不同厚度沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命N_f；

2)采用有限元法对复合式试件初始的荷载效应进行分析，计算出裂缝顶端沥青混合料层底部的应力强度因子K；

3)通过回归分析抗反射裂缝疲劳寿命与应力强度因子之间的关系，建立不同沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程；

4)对于拟定的沥青路面结构中的各层沥青混合料层，从下至上，依次假定该层以下的各层在相同位置处完全断裂，其上的各层保持完整，计算该层底面在裂缝处的应力强度因子K_i，然后根据该层沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程，计算出该层的抗反射裂缝疲劳寿命N_fi；

5)将各沥青混合料层的抗反射裂缝疲劳寿命相加，就得到整个路面结构的抗反射裂缝疲劳寿命N_f；

6)将Nf除以考虑实际路面上行车位置的随机性的方向系数DDF、车道系数LDF，得到该路面结构的抗反射裂缝能力可以承受的交通量。