【博士】柔性基層瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)及性能預(yù)估模型研究【2009】

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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：長(zhǎng)安大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　柔性基層瀝青路面以其優(yōu)良的路用性能成為我國(guó)半剛性基層瀝青路面的必要補(bǔ)充形式。相對(duì)于半剛性基層瀝青路面而言，隨著其瀝青層厚度的增加，路面結(jié)構(gòu)層受力必然要發(fā)生一定的變化，在此條件下如何進(jìn)行柔性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成為其在我國(guó)得以推廣應(yīng)用迫切需要解決的問(wèn)題。　　在瀝青路面結(jié)構(gòu)服務(wù)期內(nèi)，我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)采用的彎沉指標(biāo)及國(guó)外采用的路基頂面壓應(yīng)變、瀝青層底部拉應(yīng)變指標(biāo)均不能真實(shí)反映實(shí)際道路的破壞情況，本文以柔性基層瀝青路面的病害為切入點(diǎn)，提出以車(chē)轍、Top-Down裂紋、反射裂紋(僅對(duì)混合式基層瀝青路面)為設(shè)計(jì)指標(biāo)，建立了相應(yīng)的柔性基層瀝青路面性能預(yù)估模型，在此基礎(chǔ)上完成了路面結(jié)構(gòu)車(chē)轍深度及疲勞壽命的計(jì)算。最后以青島-銀川高速公路采用混合式路面試驗(yàn)段為依托工程，進(jìn)行了車(chē)轍深度和反射裂紋、Top-Down裂紋疲勞壽命的預(yù)估計(jì)算。　　首先通過(guò)頻率掃描試驗(yàn)確定了三種不同瀝青混合料在不同溫度下對(duì)應(yīng)的動(dòng)模量及相位角，根據(jù)粘彈性力學(xué)中的時(shí)溫等效原理，應(yīng)用WLF方程，通過(guò)Sig-moidal函數(shù)及非線性最小二乘法確定某一溫度下瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量主曲線及相位角主曲線，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)傅立葉變換確定廣義Maxwell模型的粘彈性參數(shù)，為后期的車(chē)轍計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。此外，由于ANSYS有限元程序自身對(duì)材料模型的要求，需把通過(guò)試驗(yàn)確定的松弛模量轉(zhuǎn)化成剪切模量及體積模量再用于有限元計(jì)算，鑒于此，推導(dǎo)了廣義Maxwell模型的三維本構(gòu)方程，應(yīng)用留數(shù)定理確定了蠕變函數(shù)的系數(shù)，基于以上研究，確定了瀝青混合料的剪切模量及體積模量的表達(dá)式。同時(shí)，應(yīng)用FWD實(shí)測(cè)試驗(yàn)路段的彎沉值，根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的L-M動(dòng)量項(xiàng)法確定了路基土及半剛性底基層材料的動(dòng)模量值，并在瀝青混合料頻率掃描試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有效深度的定義確定了瀝青混合料在一定的設(shè)計(jì)車(chē)速、結(jié)構(gòu)層厚度情況下對(duì)應(yīng)的模量值，為試驗(yàn)段路面性能預(yù)估提供必要的參數(shù)。　　車(chē)轍計(jì)算時(shí)，利用概率統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算了不同荷載偏移距離下路面不同位置的荷載作用的概率，應(yīng)用有限元程序計(jì)算路面結(jié)構(gòu)的車(chē)轍。應(yīng)用所建模型，進(jìn)行了基于荷載大小、行車(chē)速度、荷載作用次數(shù)、輪胎中線偏移距離及土基模量等五個(gè)因素的車(chē)轍正交計(jì)算。　　通過(guò)方差分析法確定了各因素對(duì)車(chē)轍影響的顯著程度，以期為今后的路面設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)工作提供必要的參考。　　Top—Down裂紋疲勞壽命計(jì)算時(shí)，采用概率統(tǒng)計(jì)的方法將荷載按正態(tài)分布的原則作用到路面結(jié)構(gòu)模型上，應(yīng)用改進(jìn)的Paris公式及四階龍格．庫(kù)塔法則計(jì)算不同荷載作用位置、不同裂紋位置對(duì)應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Miner損傷原則，確定了基于Top-Down裂紋的路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命。　　對(duì)于混合式基層瀝青路面進(jìn)行反射裂紋疲勞壽命計(jì)算時(shí)，考慮車(chē)輛荷載每次經(jīng)過(guò)裂紋時(shí)對(duì)裂尖造成的影響不同，根據(jù)斷裂力學(xué)原理及修正后的Miner法則計(jì)算路面結(jié)構(gòu)反射裂紋的疲勞壽命?！　∽詈笠郧嚆y高速公路混合式路面試驗(yàn)段為依托工程，進(jìn)行了車(chē)轍深度及Top-Down裂紋、反射裂紋等疲勞壽命的預(yù)估計(jì)算?！　”疚膹娜嵝曰鶎訛r青路面的病害入手，提出車(chē)轍、Top-Down裂紋、反射裂紋為設(shè)計(jì)指標(biāo)，建立了柔性基層瀝青路面性能預(yù)估模型，為柔性基層瀝青路面在我國(guó)的推廣應(yīng)用起到一定的推進(jìn)作用?！　?

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