【博士】高寒地區(qū)瀝青路面行為特性與設(shè)計(jì)方法研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　由于瀝青路面完全暴露于自然環(huán)境之中，長(zhǎng)期承受著車輛荷載的反復(fù)作用和外界自然環(huán)境的直接影響，導(dǎo)致路面性能衰減和破損的因素錯(cuò)綜復(fù)雜?！　¤b于我國目前瀝青路面結(jié)構(gòu)形式還較為單一化，路面破損模式與設(shè)計(jì)指標(biāo)之間存在脫節(jié)現(xiàn)象，以及路面材料設(shè)計(jì)體積參數(shù)與路用性能指標(biāo)相關(guān)關(guān)系不明確，因此，積極開展有關(guān)考慮氣候環(huán)境和交通特征、以路面使用性能為目標(biāo)的瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)方法研究具有十分重要的意義?！　』诖?，本文以交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“高原濕地郎川公路修筑及環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究”為支撐，以高寒地區(qū)瀝青路面為研究對(duì)象，在廣泛搜集國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)與研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了路面破損現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，探討了有關(guān)瀝青路面結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)理論問題。采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的手段，并充分考慮外界環(huán)境因素、交通荷載以及路面結(jié)構(gòu)與材料的自身特性，對(duì)高寒地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)組成與行為特性、瀝青混合料材料構(gòu)成與性能特性、以及與之相適應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容進(jìn)行了較系統(tǒng)、深入的研究。主要研究工作和研究成果有：　　(1)通過對(duì)四川與西藏高寒地區(qū)部分公路瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定了高寒地區(qū)瀝青路面的6類主導(dǎo)破損形式，分析了破損規(guī)律與形成機(jī)理，其中路面開裂中的溫縮裂縫、反射裂縫是由于路面結(jié)構(gòu)與材料自身原因而產(chǎn)生的最主要破損類型?！　?2)基于ABAQUS軟件平臺(tái)，深入探討了有關(guān)瀝青路面結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)理論中的層間狀態(tài)、車輛荷載作用方式、多因素綜合作用等問題，分析了各種單因素或多因素作用對(duì)路面性能關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)的影響規(guī)律。指出以接觸模型分析路面的力學(xué)響應(yīng)更符合路面的實(shí)際工作狀態(tài)，接觸模型更能體現(xiàn)水平荷載對(duì)路面力學(xué)行為的影響，掌握了層間狀態(tài)對(duì)高、低溫環(huán)境下的瀝青路面行為特性的影響規(guī)律，確定了高溫與車輛荷載綜合作用時(shí)路面性能嚴(yán)重惡化的層間接觸摩擦系數(shù)的臨界值，給出了高寒地區(qū)特殊環(huán)境下瀝青路面結(jié)構(gòu)分析的力學(xué)模型與外荷載組合方式的合理建議。．　　(3)總結(jié)了新型瀝青路面結(jié)構(gòu)概念及其所包含的結(jié)構(gòu)類型，針對(duì)高寒低溫地區(qū)的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)型式，考慮瀝青混凝土的感溫特性，進(jìn)行了基于層間接觸模型的路面大溫差溫度行為、溫度與荷載耦合行為、抗開裂行為等系統(tǒng)理論分析。指出全厚式結(jié)構(gòu)(文中的類型三)和倒裝式結(jié)構(gòu)(文中的類類型五)具有更好的抗環(huán)境變化能力和抗開裂性能。由于大溫差、水平與豎向荷載的聯(lián)合作用，導(dǎo)致路面力學(xué)行為產(chǎn)生顯著變化，與豎向荷載單獨(dú)作用相比，不僅力學(xué)響應(yīng)大小不同，而且響應(yīng)極值出現(xiàn)位置也不同?！　?4)以AC-13酸性花崗巖瀝青混凝土材料組成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究為例，充分考慮項(xiàng)目依托工程高寒低溫和重載交通的要求，引用正交法設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行了大量室內(nèi)試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了級(jí)配類型、壓實(shí)溫度、成型方法、瀝青用量及改善措施等因素對(duì)瀝青混合料的各種性能的影響及其相關(guān)關(guān)系。以試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，確定了項(xiàng)目依托工程AC．13瀝青混合料的低溫壓實(shí)臨界溫度值，給出了確定各影響因素優(yōu)化組合的試驗(yàn)方法。在此基礎(chǔ)上，明確了高寒地區(qū)瀝青混凝土材料組成設(shè)計(jì)原則與材料要求，提出了特殊環(huán)境下基于抗凍融穩(wěn)定性、以體積和性能雙參數(shù)作為過程控制的瀝青混凝土材料組成實(shí)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法?！　?5)以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了各新型瀝青路面結(jié)構(gòu)的溫度行為特性、抗開裂性能及彎沉特點(diǎn)等問題。應(yīng)用光纖光柵式溫度傳感器對(duì)高、低溫季節(jié)路面溫度行為的測(cè)試結(jié)果，得到了各類型路面在不同環(huán)境溫度、不同時(shí)段氣溫、路表溫度與路面內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，建立了高寒地區(qū)特殊環(huán)境下瀝青路面各結(jié)構(gòu)層位的分季節(jié)、分時(shí)段性的路面溫度通用預(yù)估模型。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)開裂調(diào)查結(jié)果，描述了開裂的形態(tài)特征，評(píng)價(jià)了各新型結(jié)構(gòu)的抗裂效果。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)彎沉測(cè)試結(jié)果，明確指出了對(duì)設(shè)計(jì)彎沉值要求過高的弊端。綜合理論分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，明確了高寒地區(qū)瀝青路面設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)要求，推薦了高寒地區(qū)適宜瀝青路面結(jié)構(gòu)形式，建立了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力學(xué)模型，初步提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，提出了基于路面使用性能的分狀態(tài)(高、低溫狀態(tài))、分指標(biāo)(應(yīng)力、應(yīng)變指標(biāo))的高寒地區(qū)特殊環(huán)境瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為分析方法。　　

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