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【摘 要】针对刚柔复合式路面界面层所受剪应力，运用功能原理建立界面层剪应力简化计算模型。分析车辆在不同行驶速度和刹车距离情况下，刚柔性路面界面层所受到的剪应力大小。计算结果显示：在行驶速度为120Km/h，刹车距离为50m时，界面层所受到的最大剪应力不会超过0.778MPa。
1. 引言
刚柔性路面主要包括两种结构形式，一种是就水泥混凝土路面上加铺沥青层，俗称“白改黑”路面，另一种是水泥混凝土桥沥青混合料铺装结构，二者在受力上有许多的相似之处。刚柔复合式路面面层材料模量相差大，其损坏形式大体相似，如：推移、开裂、剥离。究其原因，都是因为界面层的剪切破坏和粘结破坏，而界面层的破坏十有八九是由于界面层抗剪强度不足所致,因此,刚柔性路面界面层所受剪应力大小及抗剪强度指标非常关键。有很多文献资料都对刚柔性路面界面层剪应力进行过理论分析和计算，通常都采用数值模拟软件，建立有限元模型进行计算。目前有许多通用的有限元分析软件可以用于各种路面结构的分析与计算，如ANSYS，ADNIA，SAP系列等。相对于平面的二维有限元分析，三维有限元分析能更好地模拟实际的路面结构，其分析结果也更接近路面实际的受力特点。运用三维有限元分析计算刚柔性路面界面层的受力，可以考虑车辆轴载、车辆行驶状态、沥青层厚度、沥青层模量、界面层粘结状态等因素对界面层受力的影响。采用有限元分析法虽然能够对界面层所受剪应力进行全面细致的计算分析，如忽略模型本身的误差，其分析计算结果也相对精确。但是，有限元建模过程复杂，需要一定的有限元建模知识，很多人在短时间内无法完成，给有限元分析结果的实际应用造成了一定的阻碍。
2. 刚柔性路面界面层剪应力的简化模型
相关研究表明，界面层在刹车时受到的剪应力较车辆正常行驶时产生的剪应力大很多，由于工程结构物类型复杂，交通条件和自然环境条件也时常变化，有限元分析往往无法将所有的因素都考虑进去，因此，本文出于偏安全的考虑，采用简化的力学分析方法，考查在最不利状况下(超载刹车)铺装层所承受的最大剪应力。假定刹车时的惯性力完全传递到界面层，完全由相应面积下的界面层的抗剪能力承担刹车时产生的水平荷载(在实际刹车过程中，车辆制动距离、轮胎类型、路表面构造、铺装层厚度等都会影响水平荷载的大小)。
本次计算了标准轴载BZZ-100和标准轴载超载30%两种轴载情况下，在不同行驶速度，刹车产生的剪应力。标准轴载超载30%后，轴重增加，轮胎接地压力会有显著增大，轮胎压力增加，接地面积也会随之发生改变。参考相关文献后，取标准轴载超载30%的轮胎接地压力为1.092MPa，轮胎接地面积可通过轴重和轮胎接地压力计算得到。此处提到的简化计算方法实际上就是运用功能原理，将车辆刹车时产生的动能与摩擦力所做的功结合起来，通过公式：〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗mν2=fl(m为车辆质量，可通过轴重计算得到，l为刹车距离)计算得到水平摩擦力f，而水平摩擦力f=τs，s为界面层受力面积，认为等于轮胎接地面积。运用功能关系，可以得到界面层剪应力的简化计算公式：τ=〖SX(〗pν2〖〗20l〖SX)〗;其中，τ为所求界面层剪应力，p为轮胎接地压力，v为车辆行驶速度，l为刹车距离。
3. 刚柔性路面界面层剪应力的简化计算结果
运用界面层剪应力的简化计算公式对界面层剪应力进行计算
*参考相关文献，车辆行驶速度达到120Km/h时，很难在50m距离内刹车至完全静止状态。
从界面层剪应力简化计算方法及计算结果可以看出，当车辆轴重大，刹车距离短，行驶速度快时，界面层受到的剪应力为最大。从简化计算方法中的计算公式可以看出，剪应力与轮胎压力成正比，与刹车距离成反比，与行驶速度的平方成正比。此次计算的剪应力界面层所可能受到的最大剪应力，将车辆轮胎接地面积大小的铺装取为隔离体，则其受到的主要作用力
在最不利条件下，即当铺装层内的推力为0时，刹车产生的水平剪应力完全由界面层承担，当轴载为BZZ-100，行驶速度为120Km/h，刹车距离为50m时，界面层可能承受的最大剪应力为0.778MPa。而实际上界面层受到的剪应力一定是比0.778MPa要小的，若以此为标准要求界面层抗剪强度肯定是足够安全的。
说明：
第一类工程：特大型桥桥梁、各种特殊路段桥梁(如立交桥闸道，坡桥，弯桥等);长大纵坡路段、急弯路段、 [1] [2] 下一页
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