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城市道路交叉口区域为提高通行能力,渠化交通程度较高,且车辆在交叉口行驶速度缓慢、频繁制动启动等对路面造成巨大的负担;加上大部分城市夏季高温多雨,温室效应明显,使得城市道路交叉口区域的车辙问题比较严重。本文根据城市道路交叉口的交通状况的车辆荷载特征,对城市道路交叉口沥青路面进行数值模拟分析,研究混合料的抗车辙性能,提出了城市道路交叉口车辙防治对策。
首先,在已有车辙防治方面研究的基础上对城市道路交叉口车辙形成机理进行了分析,讨论了城市道路交叉口车辙的主要影响因素。每种车辙类型的成因不同,半刚性基层路面的车辙主要由沥青层的剪切流动导致。城市道路交叉口的车辙形成除了与沥青及沥青混合料的沥青性质、集料等内在因素有关,还受到了城市道路交叉口外在因素的影响,包括车辆行驶特征,交通条件、环境温度等。
其次,根据了城市道路交叉口的交通荷载特征,采用有限元分析软件ABAQUS建立了沥青路面结构内的温度场模型,在此基础上分析了温度-荷载耦合作用下的沥青路面永久变形特征;研究了水平荷载对沥青路面剪应力的影响,以及在不同车速、不同温度的移动荷载作用下沥青路面动态响应。路面结构内的温度受气温的影响变化较大,在大气温度较高的时候路面温度从路表面沿着厚度方向衰减,在其它时间段内,路面中部的温度高于路表面;沥青路面在累计荷载作用区域产生竖向的永久变形,伴随着荷载两侧和轮隙间产生鼓起,车辙主要产生于上面层和中面层。在垂直荷载作用下,路面最大剪应力沿深度方向呈先增大再减小的趋势;在水平荷载作用下,最大剪应力从面层顶部开始衰减;最大剪应力随着水平荷载的增大而增大,上面层受水平荷载的影响最大。在移动荷载作用下,当荷载接近时,竖向位移开始迅速增加,当荷载离开时,竖向位移开始恢复,但最终不会完全恢复,主要是面层的粘弹性所致;在荷载作用过程中,最大剪应力是先增大后减小的趋势,车速越高,最大剪应力的变化过程就越短暂;低速荷载作用下的位移和应变都显著大于高速荷载情形下的位移和应变;高温情况下的位移和应变也显著大于常温情形。
接着对AC-13和AC-20两种级配共10种混合料进行了车辙试验分析和单轴贯入试验分析,通过车辙试验对比普通沥青、SBS改性沥青和添加车辙剂下的混合料抗车辙性能。SBS改性沥青和添加抗车辙剂都能提高混合料的抗车辙性能,抗车辙剂掺量的提高能大幅提高混合料的动稳定度。通过单轴贯入试验对比普通沥青、SBS改性沥青和添加车辙剂下混合料的抗剪切性能,SBS改性沥青和添加抗车辙剂可以提高混合料能承受的最大剪应力。采用单轴贯入试验和马歇尔试验两种方法测定沥青混合料的抗剪强度参数,两种方法得到摩擦角是较为接近的,但单轴贯入得到的黏聚力小于马歇尔试验方法。
最后,针对了城市道路交叉口车辙的实际情况,从路面材料选择、混合料设计施工、运营期管理预防三个方面分别提出了相应的了城市道路交叉口车辙防治对策。材料选择方面可以使用改性沥青或添加抗车辙剂提高抗车辙能力;施工方面对不同的混合料采用不同的施工方法,达到规定的标准;在运营期间采取主动预防的措施能有效减少车辙病害。
首先,在已有车辙防治方面研究的基础上对城市道路交叉口车辙形成机理进行了分析,讨论了城市道路交叉口车辙的主要影响因素。每种车辙类型的成因不同,半刚性基层路面的车辙主要由沥青层的剪切流动导致。城市道路交叉口的车辙形成除了与沥青及沥青混合料的沥青性质、集料等内在因素有关,还受到了城市道路交叉口外在因素的影响,包括车辆行驶特征,交通条件、环境温度等。
其次,根据了城市道路交叉口的交通荷载特征,采用有限元分析软件ABAQUS建立了沥青路面结构内的温度场模型,在此基础上分析了温度-荷载耦合作用下的沥青路面永久变形特征;研究了水平荷载对沥青路面剪应力的影响,以及在不同车速、不同温度的移动荷载作用下沥青路面动态响应。路面结构内的温度受气温的影响变化较大,在大气温度较高的时候路面温度从路表面沿着厚度方向衰减,在其它时间段内,路面中部的温度高于路表面;沥青路面在累计荷载作用区域产生竖向的永久变形,伴随着荷载两侧和轮隙间产生鼓起,车辙主要产生于上面层和中面层。在垂直荷载作用下,路面最大剪应力沿深度方向呈先增大再减小的趋势;在水平荷载作用下,最大剪应力从面层顶部开始衰减;最大剪应力随着水平荷载的增大而增大,上面层受水平荷载的影响最大。在移动荷载作用下,当荷载接近时,竖向位移开始迅速增加,当荷载离开时,竖向位移开始恢复,但最终不会完全恢复,主要是面层的粘弹性所致;在荷载作用过程中,最大剪应力是先增大后减小的趋势,车速越高,最大剪应力的变化过程就越短暂;低速荷载作用下的位移和应变都显著大于高速荷载情形下的位移和应变;高温情况下的位移和应变也显著大于常温情形。
接着对AC-13和AC-20两种级配共10种混合料进行了车辙试验分析和单轴贯入试验分析,通过车辙试验对比普通沥青、SBS改性沥青和添加车辙剂下的混合料抗车辙性能。SBS改性沥青和添加抗车辙剂都能提高混合料的抗车辙性能,抗车辙剂掺量的提高能大幅提高混合料的动稳定度。通过单轴贯入试验对比普通沥青、SBS改性沥青和添加车辙剂下混合料的抗剪切性能,SBS改性沥青和添加抗车辙剂可以提高混合料能承受的最大剪应力。采用单轴贯入试验和马歇尔试验两种方法测定沥青混合料的抗剪强度参数,两种方法得到摩擦角是较为接近的,但单轴贯入得到的黏聚力小于马歇尔试验方法。
最后,针对了城市道路交叉口车辙的实际情况,从路面材料选择、混合料设计施工、运营期管理预防三个方面分别提出了相应的了城市道路交叉口车辙防治对策。材料选择方面可以使用改性沥青或添加抗车辙剂提高抗车辙能力;施工方面对不同的混合料采用不同的施工方法,达到规定的标准;在运营期间采取主动预防的措施能有效减少车辙病害。