[发明专利]一种考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法

说明书

本发明公开一种考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，包括如下步骤：首先进行常规沥青混凝土路面结构设计与验算；然后采用弹性层状体系理论计算路面结构内的最大剪应力并确定最大剪应力所在的结构层；再通过单轴贯入试验得到危险结构层的剪切疲劳方程，计算其疲劳寿命；最后进行剪切疲劳寿命的验算。本发明的沥青路面结构设计方法在现有设计方法的基础上，引入了抗剪设计指标，提出了沥青路面的剪切疲劳寿命，控制路面结构的剪切疲劳寿命大于累计轴载作用次数，使设计的路面结构在设计年限内不发生剪切疲劳破坏，防止轮迹带裂缝的出现，保证路面结构具有良好的抗剪性能。

技术领域

本发明涉及一种沥青路面结构设计方法，特别涉及一种考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法。

背景技术

随着道路交通量和交通渠化的增大，我国沥青路面的车辙、推移、裂缝等病害尤为突出，这很大程度上是由于沥青路面抗剪强度或者剪切疲劳性能不足所引起的。车辆荷载作用下的剪切破坏及剪切疲劳破坏是诱发路面车辙病害的重要因素之一；同时，当前的大部分道路其早期的位于轮迹带上的纵向裂缝，并非拉应力破坏的，而是超重轮载强大的剪应力造成。另外，在沥青路面实际使用过程中，车辙与轮迹带裂缝等病害并不是在一次车辆荷载作用下产生的，而是车辆重复荷载作用下的剪切疲劳破坏过程，因此有必要在路面结构设计过程中考虑剪切疲劳的影响。

同时在我国沥青路面的现行设计指标中，主要考虑的是沥青混合料层层底拉应变指标、沥青混合料层永久变形量指标、半刚性基层层底拉应力指标和路基顶面竖向压应变等指标。我国现行规范采用限制沥青面层底面拉应力作为沥青路面设计的验算指标，用以控制沥青面层的疲劳开裂破坏，但是在面层剪应力指标的要求上没有明确的规定。

目前的沥青路面结构设计方法没有系统的采用力学方法评价沥青路面的抗剪性能，并将其与路面的使用性能联系起来，没有提出抗剪设计指标，以控制沥青路面在设计年限内不发生剪切疲劳破坏。

发明内容

发明目的：针对现有沥青路面结构设计方法的不足，提供一种考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法。

技术方案：本发明所述的一种考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，包括下述步骤：

(1)采用常规沥青混凝土路面结构设计方法，初拟沥青混凝土路面结构组合和各结构层厚度，然后进行常规路面结构验算；

(2)确定路面结构沥青面层内的最大剪应力τ_max和最大剪应力所在的结构层；

(3)建立最大剪应力所在结构层的剪切疲劳方程：lgN＝a+b·lgτ₀，式中，N为疲劳寿命，a、b为常系数，τ₀为试件内的最大剪应力；

(4)剪切疲劳性能的验证：将最大剪应力τ_max代入剪切疲劳方程，得到最大剪应力所在结构层的剪切疲劳寿命N_f，采用修正系数f₀、f₁、f₂、f₃修正剪切疲劳寿命，若f₀·f₁·f₂·f₃·N_f≥N_e，则路面结构满足设计要求；否则，返回步骤(1)调整路面结构或沥青混合料类型，直至最后设计的路面结构满足剪切疲劳要求；其中，N_e为设计年限内的标准轴载累计作用次数，f₀为荷载作用间歇时间的修正系数，f₁为裂缝传播速率的修正系数，f₂为轮载横向分布的修正系数，f₃为现场修正系数。