【博士】瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉及反算模量的溫度修正研究【2009】

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　　學(xué)科專業(yè)：港口海岸及近海工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：大連理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　眾所周知，瀝青混合料是一種感溫性材料，其剛度和強(qiáng)度隨著溫度的變化而有較大的差異。路面動(dòng)態(tài)彎沉作為瀝青路面檢測(cè)及設(shè)計(jì)的重要參考指數(shù)是路面整體強(qiáng)度的反映，因此常規(guī)彎沉測(cè)試結(jié)果需根據(jù)研究及應(yīng)用的需要修正到標(biāo)準(zhǔn)溫度或其它代表溫度下的彎沉值。同理，反算模量也需要修正到標(biāo)準(zhǔn)溫度下的模量值。目前瀝青路面彎沉及反算模量的溫度修正關(guān)系多數(shù)建立在有限數(shù)據(jù)或早期彎沉檢測(cè)設(shè)備(如貝克曼梁)所測(cè)彎沉數(shù)據(jù)之上，尤其是我國(guó)尚未建立基于落錘式彎沉儀(FWD)的瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉及反算模量的溫度修正關(guān)系，急需開展該方面的研究。　　對(duì)瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉及反算模量進(jìn)行溫度修正研究首先要解決瀝青路面溫度的確定問題。由于瀝青路面暴露在自然界中，時(shí)刻經(jīng)受自然條件尤其是氣溫的影響，導(dǎo)致瀝青路面溫度場(chǎng)的分布較為復(fù)雜，所以對(duì)瀝青路面溫度場(chǎng)進(jìn)行研究并建立其基于氣溫的預(yù)估模型是進(jìn)行瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉及反算模量溫度修正的前提?！　∫虼吮疚脑趯?duì)瀝青路面溫度場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)試驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，分別通過實(shí)驗(yàn)和有限元模擬方法研究了不同厚度瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉及其反算模量與路面溫度間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后建立了我國(guó)基于FWD的瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉及其反算模量的溫度修正關(guān)系。本文主要做了以下工作：　　(1)瀝青路面溫度場(chǎng)數(shù)值模擬研究　　利用建立的瀝青路面溫度場(chǎng)有限元模型對(duì)瀝青路面溫度場(chǎng)的分布規(guī)律進(jìn)行了研究，通過將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與分析，驗(yàn)證了模型的有效性?！　?2)瀝青路面溫度場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)試驗(yàn)研究　　對(duì)運(yùn)營(yíng)中的瀝青道路溫度場(chǎng)及周邊環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，在此基礎(chǔ)上研究了瀝青路面溫度場(chǎng)及其與氣溫之間的相關(guān)關(guān)系?？紤]到氣溫升溫階段和降溫階段對(duì)瀝青路面溫度影響的差異，分別利用兩個(gè)正弦函數(shù)模擬氣溫的升溫和降溫階段，最后建立基于氣溫的瀝青路面溫度預(yù)估模型。　　(3)基于FWD的瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉的溫度修正研究　　利用落錘式彎沉儀(刑D)對(duì)不同厚度瀝青路面進(jìn)行周期一年的彎沉測(cè)試實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)層溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，研究了瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉(最大彎沉值、彎沉盆面積因子Area、F-1形狀系數(shù)、以及彎沉差因子(Delta2))與路面溫度間的關(guān)系，進(jìn)而建立了其溫度修正公式。　　(4)基于FWD的瀝青路面反算模量及其溫度修正研究　　在實(shí)測(cè)瀝青路面彎沉盆數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)識(shí)別原理反算瀝青路面模量，研究了瀝青路面模量與瀝青路面溫度的關(guān)系，進(jìn)而建立了其溫度修正關(guān)系?！　?5)FWD作用下瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉有限元分析及其與溫度場(chǎng)耦合研究　　建立了瀝青路面三維有限元模型，在此基礎(chǔ)上分別分析了面層厚度、面層模量、基層厚度、基層模量、土基強(qiáng)度以及加載時(shí)間對(duì)FWD作用下瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉的影響?！　≡诳紤]瀝青路面材料參數(shù)如路面模量、溫縮系數(shù)和泊松比等與溫度之間函數(shù)關(guān)系的前提下，建立了瀝青路面三維熱一結(jié)構(gòu)耦合有限元模型，在此基礎(chǔ)之上分析了瀝青路面結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對(duì)路面彎沉溫度修正的影響，最后建立了不同厚度瀝青路面動(dòng)態(tài)彎沉的溫度修正關(guān)系，通過比較發(fā)現(xiàn)通過有限元模型建立的溫度修正關(guān)系與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好?！　?

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