[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

摘要

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。 1

主权项

1.一种考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(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，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。

2.根据权利要求1所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，步骤(1)中，收集交通量数据、土基当量回弹模量及温度、湿度及其他影响路面结构设计的因素，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，包括沥青混合料层疲劳开裂寿命、半刚性基层疲劳开裂寿命、沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变和低温开裂指数。

3.根据权利要求1所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，步骤(2)中，采用弹性层状体系理论，应用壳牌软件BISAR3.0计算沥青面层内的最大剪应力和最大剪应力所在的结构层。

4.根据权利要求1所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，步骤(3)中，通过不同荷载压力S下的单轴贯入试验，得到沥青混合料在不同剪应力水平τ₀时的双对数疲劳方程lgN＝a+b·lgτ₀。

5.根据权利要求4所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，先通过不同荷载压力S下的单轴贯入试验，得到沥青混合料在不同剪应力水平τ₀时的剪切疲劳变形曲线，将稳定变形阶段和破坏阶段的拐点作为沥青混合料的剪切疲劳临界破坏点，与此对应的荷载作用次数就是该沥青混合料在此试验条件下剪切疲劳寿命；然后将不同剪应力水平下的剪切疲劳寿命代入双对数坐标，通过线性拟合分析，得到剪应力大小与混合料疲劳寿命的双对数剪切疲劳方程lgN＝a+b·lgτ₀。

6.根据权利要求4或5所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，所述单轴贯入试验的试验过程为：首先根据沥青混合料公称最大粒径选择相应的试件尺寸和压头直径，并成型试件；对试件进行保温处理，保温处理后进行加载试验，设定不同的荷载压力S，采用半正弦矢波动态加载，直至试件破坏。

7.根据权利要求6所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，对于公称粒径小于16mm的沥青混合料，试件尺寸为Φ100mm×100mm的圆柱形试件，压头直径为28.5mm；对于公称粒径大于等于16mm的沥青混合料，试件尺寸为Φ150mm×100mm的圆柱形试件，压头直径为42mm。

8.根据权利要求6所述的考虑面层剪切疲劳的沥青路面结构设计方法，其特征在于，所述压头以1mm/min的速度进行加载，加载频率为1Hz，每加载0.1s，间歇0.9s。