典型瀝青路面動力行為及其結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化研究.pdf

1、瀝青路面是我國高等級路面的主要結(jié)構(gòu)形式，在公路交通發(fā)展中占有舉足輕重的地位。然而，公路運(yùn)輸?shù)母咚佟⒅剌d化需求日益加劇與路面使用壽命嚴(yán)重不足兩者間的矛盾，成為制約高速公路發(fā)展的難題。其中一個(gè)重要原因在于，我國目前采用的靜力學(xué)路面設(shè)計(jì)體系難以準(zhǔn)確評價(jià)路面的實(shí)際受力狀態(tài)，自然無法合理解釋并有效抑制路面的早期破壞。因此，開展不同類型瀝青路面結(jié)構(gòu)的動力行為研究，對探究路面損壞機(jī)理、優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)組合，進(jìn)而提高路面使用壽命具有重要意義。本文通過文獻(xiàn)閱

2、讀、資料分析，在系統(tǒng)回顧、評述瀝青路面設(shè)計(jì)方法、路面動力學(xué)理論及試驗(yàn)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，充分考慮我國瀝青路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程環(huán)境，以半剛性、倒裝式及組合式三種典型瀝青路面為研究對象，對瀝青路面材料的動態(tài)模量、路面結(jié)構(gòu)實(shí)測動態(tài)響應(yīng)規(guī)律以及基于數(shù)值模擬手段的路面動力行為等進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，論文主要研究工作及成果如下:
　　首先，通過系統(tǒng)文獻(xiàn)閱讀及資料分析，從路面材料應(yīng)力-應(yīng)變特性、動態(tài)模量試驗(yàn)方法、經(jīng)驗(yàn)預(yù)估模型及參考取值范圍等方面入手，

3、較系統(tǒng)地分析了路面結(jié)構(gòu)中路基土與粒料、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料以及瀝青混合料在動態(tài)荷載下的材料特性。并針對SMA-13、AC-20、AC-25三種瀝青混合料開展單軸壓縮動態(tài)模量試驗(yàn)，獲得了瀝青混合料動態(tài)模量和相位角隨溫度和時(shí)間的變化規(guī)律，并結(jié)合動態(tài)模量主曲線和時(shí)間-溫度移位因子分析結(jié)果，論述了黏彈性材料對于荷載頻率及環(huán)境溫度的敏感性，進(jìn)一步將材料在特定條件下的動態(tài)模量值拓延至更加廣泛的時(shí)溫空間，全面描述了瀝青混合料的黏彈性材料性質(zhì)。
　

4、　其次，以層底動態(tài)應(yīng)變作為評價(jià)參數(shù)，開展基于車輛加載試驗(yàn)的瀝青路面動力響應(yīng)研究，獲取了半剛性、倒裝式和組合式三種典型瀝青路面的動態(tài)響應(yīng)特征，揭示了路面結(jié)構(gòu)形式、車輛荷載大小、車速、軸型、胎壓以及氣候環(huán)境因素對路面動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)的影響。同時(shí)，采用交互正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)考察了路面溫度、車輛軸重、車速以及各因素間的交互作用對面層層底應(yīng)變的影響顯著性，在此基礎(chǔ)上選取對于應(yīng)變響應(yīng)影響高度顯著的因素作為自變量，通過多元回歸分析構(gòu)建了瀝青路面面層底應(yīng)變響應(yīng)的

5、預(yù)估模型。并從工程應(yīng)用角度出發(fā)，利用實(shí)測應(yīng)變響應(yīng)量進(jìn)行了不同類型路面瀝青層疲勞壽命的對比分析。
　　第三，以現(xiàn)場試驗(yàn)路段為載體，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)的實(shí)測路表彎沉及層底應(yīng)變響應(yīng)參數(shù)，研究了不同結(jié)構(gòu)類型瀝青路面在FWD荷載作用下的動態(tài)彎沉盆性質(zhì)以及動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)變化規(guī)律。并對FWD荷載下的應(yīng)變響應(yīng)實(shí)測數(shù)據(jù)與路面溫度進(jìn)行回歸分析，確定了不同瀝青路面應(yīng)變響應(yīng)的溫度修正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)測路面溫度下應(yīng)變響應(yīng)向標(biāo)準(zhǔn)參照溫度條件的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，基于面層層底應(yīng)

6、變等效原則，討論了FWD荷載與行車荷載作用的對應(yīng)關(guān)系，建立了可表征不同級位FWD荷載與標(biāo)準(zhǔn)軸載行車荷載效應(yīng)相互對應(yīng)關(guān)系的線性擬合方程。采用灰熵分析法，確定了不同路面結(jié)構(gòu)彎沉盆參數(shù)與瀝青路面面層底動態(tài)應(yīng)變的關(guān)聯(lián)性大小，并結(jié)合多元線性回歸分析建立了基于動態(tài)彎沉盆參數(shù)指標(biāo)的面層層底應(yīng)變預(yù)估模型。最后提出了FWD荷載作用下瀝青路面動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)的評定方法及分析步驟。
　　第四，利用有限元軟件ABAQUS建立了瀝青路面結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)三維有限元模

7、型，并基于實(shí)測數(shù)據(jù)完成模型的合理性驗(yàn)證。以路表彎沉、瀝青層底彎拉應(yīng)變、無機(jī)結(jié)合料層底彎拉應(yīng)力、路基頂壓應(yīng)變、面層剪應(yīng)力作為關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)，通過動態(tài)與靜態(tài)響應(yīng)間的對比分析，確定了路面動力與靜力力學(xué)行為間的差異，明確了動力力學(xué)行為分析的重要意義。并從車輛荷載軸重、車速、軸型以及水平荷載效應(yīng)等方面分析了車輛荷載參數(shù)對于路面動力響應(yīng)的影響，全面評價(jià)了不同形式動態(tài)荷載效應(yīng)影響下瀝青路面的動力行為特征。
　　最后，通過數(shù)值仿真方法開展了典型瀝青