弹性层状体系在道路设计中的应用综述

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【摘要】弹性层状体系由于其合理的假设、简易的计算模型、典型的代表性而被广泛的应用于道路的设计中。虽然其假设与实际结构有一定差别，但是在目前的科学技术水平下，其具有不可替代的作用，值得深入研究。本文通过列举并简要说明弹性层状体系理论在沥青路面厚度计算、路基计算、水泥混凝土路面应力分析及多孔水泥混凝土基层荷载应力分析中的应用，来说明弹性层状体系应用的可推广性以及展望未来道路的设计理论。

【关键词】弹性层状体系；计算图示；应力分析；路基；路面

Application of elastic layered system in the design of road

Abstract：Design of elastic layered system because of its reasonable assumptions， a simple calculation model， the typicalrepresentative is widely used in the road. Although the hypothesis have certain difference and the actual structure， but in thecurrent level of science and technology， which has an irreplaceable role， worthy of further study. This paper lists and a brief description and analysis of porous concrete base load should be applied to stress analysis of elastic layered system theory， the calculation of asphalt pavement thickness calculation of cement concrete pavement， subgrade， to illustrate the design theory of elastic layered system extensibility and looking to the future road.

Key words：Elastic layered system； Calculations icon； Stress analysis； subgrade bed； pavement

引言：弹性层状体系理论是专门研究在圆形荷载作用下弹性层状体系内产生的应力与位移的。在我国的道路设计中，弹性层状体系理论主要被用于沥青路面的厚度设计，有如下基本假设：（1）各层都是由均质的各向同性的线弹性材料组成；（2）假定土基在水平方向和向下的深度方向均为无限，其上的路面各层厚度均为有限，但水平方向为无限；（3）假定路面上层表面作用有垂直荷载，荷载与路面表面接触面形状呈圆形，接触面上的压力呈均匀分布；（4）每一层之间的接触面假定为完全连续的（具有充分的摩阻力）或部分连续或完全光滑（没有摩阻力）的。这些假设与路基路面结构体系的真实情况尚有一定的差异，但是由于其可以建立起简单明确又能大致代表道路实际受力情况，所以得到了广泛应用，特别是现代计算机技术的应用，更加促进了这个理论的应用。如下列举该理论在沥青路面厚度计算、路基计算、水泥混凝土路面应力分析、多孔混凝土基层荷载应力计算等方面的应用。

1、弹性层状体系理论在沥青路面厚度计算中的应用

我国《公路沥青路面设计规范》中规定的沥青路面厚度设计方法所使用的理论就是弹性层状体系理论，其假设各层间是完全光滑无摩擦的，并采用路表弯沉和沥青面层或半刚型基层的层底拉应力作为设计标准，荷载为BZZ-100双园均布荷载，计算图示如下： 图中A点为弯沉计算点（轮系中心处），B、C、D、E为应力验算点。确定各层材料参数后即可应用BISAR程序等计算出A点弯沉及BCDE各点的弯拉应力，以此确定沥青路面的厚度。

2、弹性层状体系理论在路基计算中的应用

其在路基计算中的应用原理和沥青路面厚度计算原理基本一致，层间假设为完全连续，分层和模型有区别，计算图示如下：

各层模量可以实测或根据经验取用，根据弹性层状体系理论，算出双园均布荷载（BZZ―100）作用下的弯沉值，依据弯沉限制可以调整各图层厚度。

3、弹性层状体系理论在水泥混凝土路面应力分析中的应用

在水泥混凝土路面的应力分析中，人们通常采用文克勒地基模型，即假定地基某一点的沉陷取决于作用于该点的力，而和邻近的地基不发生任何关系，以此来计算刚性路面的应力应变。而实际上，路面中各点是相互联系的，会产生关联位移。相对于文克勒地基，弹性层状体系板空间地基模型考虑了横向联系，更能真是的模拟实际的地基。由此我们可以应用此理论分析设有垫层的水泥混凝土路面的应力状况。计算图示及荷载与沥青路面厚度的计算图示及荷载基本一致，将水泥混凝土路面分成若干层，应力计算点选在双圆圆心及圆心连线与圆周相交处，然后应用有限元软件计算各验算点的应力，以此控制水泥混凝土路面的厚度。

4、弹性层状体系在多孔水泥混凝土基层荷载应力分析中的应用

多孔混凝土是一种强度介于普通混凝土与贫混凝土之间的一种刚性材料。当用于沥青路面基层时，其作为主要受力层采用复合式路面设计方法，即沥青层为功能层，混凝土基层按水泥板设计；用于水泥路面基层是采用双层板理论设计。现行的水泥混凝土路面设计是以文克勒地基理论为基础。以计算基层顶面当量回弹模量作为主要的设计参数。但是由于多孔馄凝土与普通水泥混凝土在强度、弹性模量等材料属性方面的差异，同时为突出下基层、垫层、土基等各层不同材料对荷载应力的分担作用，宜运用弹性层状体系来计算荷载应力。

4.1 模型选取

在多孔混凝土基层沥青路面复合结构中.沥青面层主要作为一个功能层，对多孔混凝土基层的荷载应力影响很小。因此在计算荷载应力时可不考虑沥青面层的影响。多孔混凝土基层作为主要承重层，与下基层、垫层和土基共同承受车轮荷载，考虑到垫层的主要功能是改善土基的湿度和温度状况.对多孔混凝土基层荷载应力的影响很小。因此把垫层和土基合为一层，按照规范公式计算其当量回弹模量，把多孔混凝土层看作一层弹性面板.地基采用双层弹性层状体系模型。多孔水泥混凝土摩擦大，采用完全连续假设，计算点为轮系中心，双心圆圆心，圆心连线与圆周交点。

4.2 层间接触

多孔混凝土材料不含或含少量细骨料.粗骨料颗粒表面包覆水泥浆，骨料颗粒相互接触、相互粘结，形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构。多孔混凝土摊铺成型后，形成凹凸不平的表面，具有较大的摩擦系数。当多孔混凝土基层与下基层接触时，彼此之间有较强的啮合作用，层间有良好的结合性能。因此将层间接触情况按照完全连续进行分析。

4.3 荷载和临界荷位

荷载模型及应力计算点采用与水泥混凝土路面应力分析中的一样，临界荷位为多孔水泥混凝土基层纵边中部。

5、结语

弹性层状体系理论广泛应用于路基路面的应力分析中，特别是计算机技术的应用，使得其计算

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