不同设计方法下沥青路面疲劳寿命对比

摘 要：随着我国经济的快速发展，人们的生活水平得到了较大的提高，相应的需求也有所增加，交通出行需求就是最为基本的需求之一，为了更好的满足人们的这类需求，近几年，关于桥梁道路工程的建设正在积极的开展，而随着路桥项目数量的不断增多，人们也越来越重视沥青路面结构的设计，因为沥青路面结构的设计往往关系着最终路面的使用寿命以及疲劳性能，而不同的设计方法具有不同的特点，针对国内外不同设计方法下的沥青路面疲劳寿命就有必要进行分析。

关键词：沥青路面；疲劳寿命；对比；设计方法

事实上，在沥青路面施工之前，都会进行其路面结构的选择，尤其要进行合理的设计，以预估其沥青路面结构的疲劳性能等，从而更好的保证沥青路面施工的质量，满足路桥施工的要求。而设计防范的选择就显得极为关键，不同的设计方法具有很大的不同，国内外的设计方法就有有着很多的不同点，而具体的预估效果还是值得进行对比研究的，通过科学的对比，为设计方法的改进提供有效的参考，同时也能更好的优化路面结构，保证其路面疲劳性能良好。

1 我国沥青路面设计方法与壳牌设计方法的对比分析

实际上，在沥青路面的设计方法上，国内外有些不同，以壳牌设计方法为例，这种设计方法就较为成熟，经过有关研究表明，其路面结构设计与路面性能的性惯性较好。而我国的沥青设计方法也在不断的完善过程中，对于这两种设计方法而言，就有必要进行对此分析。

1.1 设计理论

针对我国沥青路面设计和壳牌设计方法而言，设计理论上就有着很大的不同。首先，就我国的沥青设计方法而言，最早诞生于上个世界的六十年代，后来也经过多次的补充和完善，最终初步构成了静态设计参数以及静态设计理论为基础的沥青路面设计体系。主要是按照一定的原则进行相关弯沉值的计算。而就壳牌设计方法而言，它也起源较早，是人们研究下的成果，与我国的设计理论不一样，它主要依据的是经验设计法，后来也经过不断的修订，现阶段比较常用的就是力学经验设计法，主要考虑了变形、不平整度等可靠度等问题。

1.2 设计指标

在设计指标上，我国的沥青路面设计方法与壳牌设计方法也有所不同。前者的设计方法主要是以路表的弯沉以及层底的应变等参数为设计指标，其设计弯沉则是其整体的路面刚度指标，对于后续路面设计工作的开展起到一定的指导作用。就我国的设计中的指标而言，它主要考虑的是路面结构的强度以及稳定性能等，按照现行的路面设计方法进行路面的设计，能够取得一定的设计效果，但是在恶劣条件下也容易出现一些问题。而针对后者的设计方法而言，它主要是以沥青层底弯拉应变和土基顶面压应变为基本的设计指标，通过建立一些的关系式，能够更好的反映出路面结构的性能。

1.3 材料设计参数

在材料设计参数上，我国现行设计方法与壳牌设计方法也存在一些不同之处。实际上，可以说材料参数对于路面的设计起着极为关键的作用，是重要的参数之一，而材料的模量则是路面结构中的重要材料参数，基本代表着其材料刚度的特性指标。所以，在实际进行结构设计的过程中，必须要加强对于沥青路面结构性能的研究，已确定材料最终的模量值。而针对本文中的国内外设计方法而言，其中材料参数的主要区别就在于其材料测试的具体方法上。一般而言，我国设计中都是采用静态试验方法，而壳牌设计方法则主要采用动态的测试方法来进行测量，最终反映出沥青路面材料的性能。

1.4 性能评估

本文中的国内外两种设计方法的不同之处还体现在性能评估上，这也是关键的部分。针对我国设计方法而言，往往是通过其整体结构层层底拉应力来进行验算，从而验证其结构性能，而壳牌设计方法的应用往往有一定的预估模型，通过输入各种参数来进行预估，从而加以裂缝深度以及疲劳寿命等方面的预估验算，最终通过软件来观看其路面性能等。

2 不同设计方法下沥青路面疲劳寿命对比

依托某高速公路耐久性试验路工程，对三种结构型式沥青路面进行力学计算，应用国内外设计方法对比分析其疲劳寿命，并结合多年跟踪观测结果，以探索最佳的耐久性沥青路面结构型式。

2.1 计算模型及参数

（1）计算模型。采用的双圆均布荷载，作用半径为10.65cm，荷载圆中心间距31.95cm，荷载0.707MPa.路面结构力学响应计算采用BISAR3.0软件，假设层间完全连续。（2）计算參数。高速公路长寿命试验路项目共铺筑三种结构试验路，长度分别为951.5，1037，969m.其中，结构一基层为加强型半刚性基层；结构二为碾压混凝土（RCC）基层；结构三为倒装式半刚性基层。

2.2 力学响应分析

以路表弯沉、沥青层底拉应力及基层底拉应力为设计指标；国外以壳牌设计方法为代表的柔性路面设计法以沥青层底拉应变、土基表面压应变为设计指标.针对以上规范，分别提取其设计指标在路表或关键层底沿横断面方向的30个数值，借助origin软件绘制图像。

2.3 计算结果对比分析

（1）我国2017版规范。本节仅分析三种结构沥青层的永久变形量，给出了沥青混合料永久变形量验算公式，将BISAR计算得到的各分层竖向压应力计算结果代入公式，得到永久变形量见表1。

（2）壳牌设计法。壳牌设计方法指标为沥青层底弯拉应变和土基顶面压应变，沥青层底最大弯拉应变和土基顶面最大压应变计算结果见表2。

2.4 疲劳寿命

（1）按照我国规范验算。通过弯沉值反算得到的疲劳寿命显著大于通过基层底拉应力反算得到的疲劳寿命。按照取最小值，三种结构的疲劳寿命大小顺序：结构一>结构二>结构三，且结构一和结构二疲劳寿命数量级大于结构三；按照我国新版规范设计理论，根据基层底最大拉应力验算得到的结果将与相同，不同之处在于增加了沥青层永久变形量，根据计算结果，可得三种结构的疲劳寿命大小顺序仍然为：结构一>结构二>结构三。（2）按照壳牌设计法验算。按照疲劳寿命取最小值原则，三种结构的疲劳寿命大小顺序：结构一>结构二>结构三。对比我国规范与壳牌设计法的疲劳寿命计算结果，预估结果大小顺序一致.因壳牌设计法主要针对于柔性路面，其计算结果普遍小于我国规范计算结果。

3 结束语

随着时代的不断向前发展，各个领域都获得了较大的发展，我国交通道路事业也取得了一定的进步，这与道路工程的建设有着密不可分的关系。而沥青路面作为常见的路面类型之一，其路面结构的选择以及设计方法的应用都是人们关心的重点，本文主要以某高度公路的试验路面的三种路面结构为依托，运用我国设计方法以及壳牌设计法进行预估，并进行路面疲劳寿命对比分析，实际结果可知，预估的结果大致一样，这些设计方法值得被人们加以借鉴，选择改性型半刚性基层和碾压混凝土基层沥青路面疲劳性能更好。

参考文献

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