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

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內(nèi)容簡介

　　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綜復(fù)雜。　　鑒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)計指標(biāo)之間存在脫節(jié)現(xiàn)象，以及路面材料設(shè)計體積參數(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)計方法研究具有十分重要的意義。　　基于此，本文以交通部西部交通建設(shè)科技項目“高原濕地郎川公路修筑及環(huán)境保護技術(shù)研究”為支撐，以高寒地區(qū)瀝青路面為研究對象，在廣泛搜集國內(nèi)外相關(guān)文獻與研究成果的基礎(chǔ)上，進行了路面破損現(xiàn)場實地調(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)計方法等內(nèi)容進行了較系統(tǒng)、深入的研究。主要研究工作和研究成果有：　　(1)通過對四川與西藏高寒地區(qū)部分公路瀝青路面的現(xiàn)場調(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，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)更符合路面的實際工作狀態(tài)，接觸模型更能體現(xiàn)水平荷載對路面力學(xué)行為的影響，掌握了層間狀態(tài)對高、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路面性能嚴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)計研究為例，充分考慮項目依托工程高寒低溫和重載交通的要求，引用正交法設(shè)計思想，進行了大量室內(nèi)試驗，系統(tǒng)分析了級配類型、壓實溫度、成型方法、瀝青用量及改善措施等因素對瀝青混合料的各種性能的影響及其相關(guān)關(guān)系。以試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，確定了項目依托工程AC．13瀝青混合料的低溫壓實臨界溫度值，給出了確定各影響因素優(yōu)化組合的試驗方法。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用優(yōu)化設(shè)計方法?！　?5)以現(xiàn)場試驗路實測數(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等問題。應(yīng)用光纖光柵式溫度傳感器對高、低溫季節(jié)路面溫度行為的測試結(jié)果，得到了各類型路面在不同環(huán)境溫度、不同時段氣溫、路表溫度與路面內(nèi)部溫度場的變化規(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)、分時段性的路面溫度通用預(yù)估模型。應(yīng)用現(xiàn)場開裂調(diào)查結(jié)果，描述了開裂的形態(tài)特征，評價了各新型結(jié)構(gòu)的抗裂效果。應(yīng)用現(xiàn)場彎沉測試結(jié)果，明確指出了對設(shè)計彎沉值要求過高的弊端。綜合理論分析與現(xiàn)場試驗結(jié)果，明確了高寒地區(qū)瀝青路面設(shè)計原則與設(shè)計要求，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)計力學(xué)模型，初步提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法，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)計與行為分析方法?！　?

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