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1.计算模型
我国现行沥青混凝土路面设计规范中的应力计算是根据弹性层状体系得来，研究对象是由沥青混凝土路面、级配碎石过渡层、带有裂缝的二灰碎石基层和路基组成。各结构层采用8节点三维实体单元组成，建立空间三维模型，进行应力、应变及位移分析，路面结构三维空间模型如图3.3所示。
各结构层作如下假定：
（1）各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体。
（2）各层层间竖向、水平位移均连续（级配碎石层除外）。
（3）基础底面各向位移为零，基础侧面水平方向位移为零。
（4）不计路面结构的自重影响。
（5）裂缝宽度假设为5mm。
图3.3 路面结构空间三维模型
2.计算参数
根据以往研究经验及成果，结合本高速公路实际情况，拟定模型尺寸为 3.75m×3.75m×4m，该模型的计算精度是符合要求的，平面尺寸如图3.4所示。
行车荷载采用标准轴载BZZ-100，轮胎内压0.7MPa，单个轮压作用范围18.9cm×18.9cm，接触面积为357.21cm 2 ，双轮间距为32cm，两侧轮隙间距为182cm。经过不同荷位分析计算比较，车轮荷载作用在接缝一侧沿车道中轴对称布置对加铺层最为不利，路面沥青层应力计算如图 3.5 所示。ATB-25 联结层的厚度取为 13cm，弹性模量 E 为1000MPa，其余结构层主要计算参数见表3.7。
图3.4 路面模型平面尺寸
图3.5 路面沥青层应力计算图示
路面整体结构有限元网格划分如图3.6所示。为满足计算精度要求，对各关键部位，如裂缝及其附近加铺层结构进行网格细化，经过误差分析，最后裂缝处取最小单元边长为0.005m，如图3.7所示。
图3.6 沥青路面结构体网格划分
图3.7 结构局部（裂缝处）网格加密
3.结构计算分析
沥青面层层底应力如图3.8~图3.17所示。
图3.8 沥青面层层底应力σx
图3.9 沥青面层层底应力σy
图3.10 沥青面层层底应力σz
图3.11 沥青面层层底应力τxy
图3.12 沥青面层层底应力τyz
图3.13 沥青面层层底应力τzx
图3.14 沥青面层层底应力σ1
图3.15 沥青面层层底应力σ2
图3.16 沥青面层层底应力σ3
图3.17 沥青面层层底等效应力σe
4.ATB模量对荷载应力的影响分析
沥青稳定碎石的模量和强度随着级配及材料组成的不同而变化。研究发现，沥青碎石的劲度模量从200MPa变化到2500MPa，导致沥青面层对荷载响应的变化，不同材料组成的沥青加铺层中产生的应力和应变是不同的。现分析沥青碎石防裂层模量的变化对车辆荷载应力产生的影响，沥青碎石模量 Ea 从600MPa变化到1400MPa。裂缝处沥青面层荷载响应计算结果见表3.15。
表3.15 ATB沥青稳定碎石模量对沥青面层应力的影响
数据表明，随着防裂层模量的增大，沥青面层的等效应力 σ e 及最大剪应力 τ max 在一定程度上有所减小，具有一定的效果。路面结构厚度相同的情况下，ATB模量为600MPa时， σ e 及 τ max 分别为1.293MPa和0.904MPa，当ATB模量达到1400MPa后， σ e 及 τ max 分别减少了1.62%及0.66%。当采用拉伸模量小于1000MPa的防裂层材料时，其主要作用体现在吸收、扩散沥青面层的应力，增大应力分布范围，减小应力集中现象，延缓裂缝的发展，防止原有裂缝扩张，承担部分水平应力并与沥青面层一并共同工作。因此，ATB模量越大，对减少沥青面层层等效应力 σ e 及最大剪应力 τ max 的效果越为明显。但由计算结果可知，当ATB防裂层模量超过1000MPa后，增加ATB防裂层模量以减小沥青面层的应力的效果越来越差。当ATB模量从600MPa增加至1000MPa, σ e 减小1.16%，当ATB模量从1000MPa增加至1400MPa, σ e 仅减小0.46%，因此如果采用大模量防裂层以期减小沥青面层的应力是不经济合理的。
5.ATB防裂层厚度对荷载应力的影响分析
沥青碎石层的厚度与反射裂缝的扩展有很大的关系。一般来说，防裂层越厚，其防止或延缓反射裂缝的效果就越好，裂缝扩展到路表面的时间也就越长，但防裂层也不可能无限度地增厚，一是经济上不可行，二是加铺层过厚易产生车辙，影响路面的使用性能。以下对沥青碎石层的厚度与荷载应力的关系进行分析，沥青加铺层厚度从 8cm增加到18cm。裂缝处沥青面层层底应力变化情况见表3.16。
表3.16 ATB沥青稳定碎石厚度对沥青面层应力的影响
分析数据得知，沥青面层的等效应力 σ e 及最大剪应力 τ max 随沥青稳定碎石层的厚度增加呈变小的趋势。当沥青碎石厚度从8cm增加到18cm, σ e 、 τ max 下降速率较快，分别减少了20.6%和 15.3%，加铺层厚度平均每增加 1cm, σ e 、 τ max 可分别降低 0.031MPa和0.015MPa，说明增加防裂层的厚度对减小沥青面层的应力起到了很大的作用。相比较通过提高防裂层模量以减小沥青面层的应力而言，增加防裂层的厚度对减小沥青面层的应力作用要更明显，更经济合理。但由计算结果可知，当防裂层达到一定厚度后，随防裂层的厚度增加，沥青面层的应力减小幅度逐渐变小。当沥青碎石厚度从8cm增加到13cm, σ e 减少了14.4%，当沥青碎石厚度从13cm增加至18cm, σ e 减少了6.2%。另外由于技术、经济等方面的原因，防裂层的厚度也不可能无限制地增大。因此当防裂层达到一定厚度后，配合其他防裂措施以取得良好的效果。