瀝青路面溫度應力及超孔隙水壓力計算.pdf

1、除了行車荷載之外，溫度和濕度等環(huán)境因素對瀝青路面的使用性能也有著重要的影響。其中，溫度因素的影響尤為重要，原因在于它直接影響路面結(jié)構(gòu)的承載力，引起的低溫開裂不但會涉及到高額的維修費用，還會導致和加速路面結(jié)構(gòu)的其它破壞形式，例如，水分通過裂縫滲入后，會造成瀝青膜的剝離、基層和土基承載力的降低和喪失等。因此，根據(jù)瀝青路面的實際情況，深入分析路面結(jié)構(gòu)溫度應力的變化規(guī)律，及其與各種影響因素之間的關(guān)系，以提高瀝青路面的使用性能有著重要的實際工程意

2、義。 在過去40多年中，關(guān)于瀝青路面溫度應力問題的研究取得了極大的進展，但仍然存在不足之處。目前瀝青路面溫度應力的理論研究主要基于層狀彈性理論體系，在計算和求解過程中，通常忽略溫度對瀝青路面材料特性的影響，而將材料特性假定為固定常數(shù)。實際上，瀝青混合料是一種感溫性材料，溫度變化時，混合料的彈性模量、溫度收縮系數(shù)以及泊松比均會發(fā)生變化。將材料特性視為固定常數(shù)的假定雖然帶來了計算上的簡便，但也導致了計算結(jié)果與瀝青路面的實際情況不符，

3、因而限制了計算結(jié)果的實際應用。 論文將瀝青混合料的材料特性作為隨溫度變化的函數(shù)，分別利用傳遞矩陣方法和剛度矩陣方法推導了瀝青路面溫度應力問題的解析解，并對瀝青路面溫度應力的影響因素、低溫開裂預估以及光纖光柵傳感技術(shù)在瀝青路面實測工作中的應用等問題進行了研究。此外，還利用剛度矩陣方法，推導了瀝青路面超孔隙水壓力問題的解析解。主要工作內(nèi)容如下： (1)以熱彈性理論為基礎(chǔ)，并將瀝青路面的材料特性作為溫度的函數(shù)，利用傳遞矩陣法以

4、及Laplace和Hankel積分變換的數(shù)學方法，推導了層狀彈性體系溫度應力問題的解析解。分析了溫度變化條件下，瀝青路面溫度場和瀝青層材料特性的變化規(guī)律，以及隨溫度變化的材料特性對溫度應力的影響。由于在理論解的推導過程中考慮了溫度變化對瀝青混凝土材料特性的影響，溫度應力的計算結(jié)果更為符合瀝青路面的真實受力狀態(tài)。 (2)利用剛度矩陣法推導了瀝青路面溫度應力問題的解析解，推導過程中考慮了溫度變化對材料特性的影響，并將解析解分解為由外

5、荷載引起和由溫度荷載引起的兩部分，使得狀態(tài)向量表達式的意義更加明確。由于剛度矩陣的元素僅僅含有負指數(shù)項，所以計算時不會出現(xiàn)溢出或病態(tài)現(xiàn)象，進而可以克服傳遞矩陣法容易溢出的缺點。利用剛度矩陣法計算瀝青路面溫度力問題時非常穩(wěn)定?；谟嬎銓嵗?，深入分析了瀝青層隨溫度變化的彈性模量、溫度收縮系數(shù)和泊松比對溫度應力計算結(jié)果的影響。 (3)擬合了瀝青混凝土的各種材料特性同溫度之間的函數(shù)關(guān)系，并分析了瀝青路面的溫度應力與路面結(jié)構(gòu)厚度、基層材料

6、特性之間的關(guān)系，通過計算實例進行了低溫開裂預估，預估結(jié)果與瀝青路面的真實開裂溫度比較接近，驗證了本文理論計算模型的合理性。 (4)應用大連理工大學抗震研究所自行設(shè)計的光纖光柵傳感器，將其組成分布式監(jiān)測系統(tǒng)，對靜載試驗條件下瀝青路面的應變進行了實時監(jiān)測，同時對氣溫變化引起的路面結(jié)構(gòu)溫度和應變進行了數(shù)月的監(jiān)測工作，并與理論計算結(jié)果進行了對比分析。驗證了該光纖光柵傳感系統(tǒng)用于瀝青路面實測工作的可行性以及本文理論解的正確性。 (