關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)道面;加鋪層;反射裂縫;有限元

　　Abstract: through the establishment of the asphalt concrete overlay finite element model, analyzed response of the overlay thickness impact on the addition of geosynthetics overlay structure in the foundation of the aircraft partial loads, clearly these two measures to delay the Load reflectionthe role of the cracks.

　　Key words: airport pavement; overlay; reflective cracking; finite element

　　中圖分類號(hào)：TU528.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

　　0前言

　　目前，減緩瀝青混凝土加鋪層反射裂縫的措施主要有增加加鋪層厚度，以及加鋪層層底設(shè)置土工合成材料夾層。對(duì)荷載型反射裂縫國(guó)內(nèi)外做過不少分析，但是大多數(shù)結(jié)論都是針對(duì)汽車荷載。本文采用有限元法，詳細(xì)分析在飛機(jī)荷載作用下，這兩種措施對(duì)瀝青混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)受力的影響，明確加鋪層的應(yīng)力狀況及其對(duì)反射裂縫形成的影響。

　　1有限元模型

　　應(yīng)用大型通用有限元軟件ABAQUS，建立瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)有限元模型。有限元模型由瀝青加鋪層、夾層(可選)、帶有接縫的舊水泥混凝土道面板、基層和地基組成，其中，舊水泥混凝土道面接縫寬度為1 cm，考慮無傳荷能力的不利情況。有限元模型中，各結(jié)構(gòu)層材料假定為均質(zhì)、各向同性的線彈性體，層間接觸假定完全粘結(jié)，采取二次減縮積分實(shí)體單元C 3D 20R模擬瀝青加鋪層、舊水泥混凝土板和基層，采取二次減縮積分薄膜單元M 3D 8R模擬土工合成材料夾層，地基不建實(shí)體模型，直接采用ABAQUS接觸功能模塊中的Elastic Foundation進(jìn)行模擬，地基反應(yīng)模量k=60 MN/m 3。同時(shí)，為反映半空間地基的特性，基層和地基采用擴(kuò)大尺寸，見圖1。

　　道面結(jié)構(gòu)幾何與材料參數(shù)見表1。

　　作用的飛機(jī)荷載采用Boeing767-200的一個(gè)主起落架上，荷載參數(shù)見表2。

　　其中，輪印分布形狀按面積等效轉(zhuǎn)換為矩形，

　　假定矩形接觸面長(zhǎng)為0.8712 L，寬為0.6 L，則：

　　瀝青加鋪層反射裂縫的產(chǎn)生是由行車荷載和溫度變化引起的。由斷裂理論可知，加鋪層中產(chǎn)生的反射裂縫主要是由瀝青層底正應(yīng)力引起的張開型裂縫和由剪應(yīng)力引起的剪切型裂縫。當(dāng)飛機(jī)機(jī)輪荷載對(duì)稱作用于接縫上方時(shí)(簡(jiǎn)稱中荷載)，接縫處加鋪層整個(gè)截面均處于受壓狀態(tài)，由結(jié)構(gòu)、荷載的正對(duì)稱性可知，瀝青加鋪層底面在接縫處剪應(yīng)力為0。可以認(rèn)為正對(duì)稱荷載不是引起反射裂縫的主要原因。因此，本文主要研究在偏荷載作用下的受力狀況。荷載作用位置見圖2。

　　2瀝青加鋪層厚度的影響

　　增加加鋪層厚度可以提高道面的承載能力，但是，在滿足承載能力的情況下，靠增加加鋪層厚度來抵抗反射裂縫是有局限性的，并且是不經(jīng)濟(jì)的。加鋪層厚度的變化會(huì)影響到荷載作用下加鋪層內(nèi)的應(yīng)力，從而也就與加鋪層防反能力相關(guān)。因此，對(duì)瀝青罩面合理經(jīng)濟(jì)厚度的研究不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，更具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。下面詳細(xì)分析加鋪層厚度對(duì)層內(nèi)荷載應(yīng)力及其反射裂縫的產(chǎn)生、部位等的影響。加鋪層厚度分別取5 cm，10 cm，15 cm，20 cm，25 cm，30 cm。瀝青加鋪層內(nèi)應(yīng)力和表面最大彎沉的計(jì)算結(jié)果見表3。

　　由表3可知：

　　(1)在偏荷載作用下，接縫(裂縫)區(qū)瀝青層底的水平向最大應(yīng)力σx和σy都為負(fù)數(shù)，即表明瀝青加鋪層底均受壓應(yīng)力作用。由此可知，最大剪應(yīng)力τxz和τyz以及最大主應(yīng)力σ1是引起接縫(裂縫)區(qū)瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因。

　　(2)當(dāng)加鋪層厚度從5 cm變化到30 cm，接縫(或裂縫)區(qū)瀝青層底的剪應(yīng)力先增大后減小(見圖3)，加鋪層厚度為10 cm時(shí)的層底剪應(yīng)力最大;當(dāng)加鋪層厚度大于15 cm后，層底應(yīng)力隨著厚度的繼續(xù)增加而減小，但減小趨勢(shì)變緩，加鋪層厚度的影響變小。因此，選擇薄層加鋪(小于8 cm)，加鋪層底剪應(yīng)力較小;當(dāng)加鋪厚度超過10 cm后，適當(dāng)?shù)卦黾蛹愉亴雍穸葘?duì)減小加鋪層底剪應(yīng)力是有效的，達(dá)到一定厚度(約20 cm)后，再通過繼續(xù)增加加鋪層厚度來防治反射裂縫的效果非常微小。

　　3土工合成材料夾層的影響

　　本模型的土工合成材料厚度設(shè)定為0.5 cm，其彈性模量變化較大，一般來說，土工布的模量較小，土工格柵的模量較大。本文采用的土工合成材料模量從4 000 M Pa到80 000 M Pa，可模擬低模量的土工布及高模量的玻纖格柵。為了分析設(shè)置土工合成材料對(duì)不同厚度加鋪層應(yīng)力的影響，瀝青加鋪層取10 cm和20 cm兩種厚度，模擬薄層加鋪和厚層加鋪兩種情況。兩種加鋪層厚度的層底應(yīng)力和表面彎沉隨土工合成材料模量變化的計(jì)算結(jié)果分別見表4、表5。

　　由表4和表5可知：

　　與表3對(duì)比可知，對(duì)于10 cm厚的瀝青加鋪層，設(shè)置土工合成材料能減小部分層底剪應(yīng)力，但效果并不顯著，當(dāng)土工合成材料的模量在4 000 M Pa~8 000 M Pa的范圍內(nèi)變化時(shí)，剪應(yīng)力僅減少10.6%~13.4%。而對(duì)于20 cm厚的瀝青加鋪層，設(shè)置土工合成材料對(duì)層底的剪應(yīng)力幾乎沒有影響。

　　4結(jié)論

　　(1)剪應(yīng)力和最大主應(yīng)力是引起接縫(裂縫)區(qū)瀝青加鋪層產(chǎn)生荷載型反射裂縫的主要因素。

　　(2)可以通過調(diào)整加鋪層厚度來減緩荷載型反射裂縫，除非結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)需要，加鋪層厚度不宜超過20 cm，且避免采用10 cm左右的厚度。

　　(3)設(shè)置土工合成材料能減小部分層底剪應(yīng)力，但效果并不顯著。

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