【摘要】：落錘式彎沉儀(FWD,Falling Weight Deflectometer)是廣泛使用的路面結(jié)構(gòu)無損檢測設備之一。利用實測FWD檢測數(shù)據(jù)進行力學參數(shù)反演,是對現(xiàn)役瀝青路面結(jié)構(gòu)進行力學分析和性能評價的主要途徑。正分析方法是力學參數(shù)反演中的核心部分,精確、客觀地模擬瀝青路面結(jié)構(gòu)在FWD荷載作用下的實際力學行為,是保證反演力學參數(shù)和路面性能分析結(jié)果正確性的關(guān)鍵。目前常用的力學參數(shù)反演方法一般基于彈性層狀理論,在力學分析中無法考慮瀝青混合料的黏彈特性和荷載的動態(tài)效應。力學分析模型和實際路面力學行為之間的差異,將不可避免地被傳遞到反演力學參數(shù)中,進而造成利用反演力學參數(shù)計算得到的路面力學響應不能客觀地反映路面結(jié)構(gòu)的服役性能,為路面性能分析和質(zhì)量評定帶來極大的困難�；谀壳奥访媪W參數(shù)反演和性能分析方法的不足,本文主要開展了以下研究:(1)采用譜單元法對瀝青路面進行FWD荷載作用下的動態(tài)分析,力學分析中將瀝青混合料作為黏彈性材料,利用MHN(Modified Havriliak-Negami)模型描述其力學行為。將譜單元法分析結(jié)果和有限元法計算結(jié)果進行對比,驗證了利用譜單元法對瀝青路面進行動態(tài)黏彈分析的精度和效率。(2)采用譜單元法作為正分析方法,對瀝青路面結(jié)構(gòu)力學參數(shù)進行動態(tài)反演,反演得到瀝青混合料的黏彈性參數(shù)和其他結(jié)構(gòu)層的彈性模量,反演力學參數(shù)能夠更全面地描述路面結(jié)構(gòu)的力學行為。利用反演力學參數(shù)計算路面結(jié)構(gòu)的力學響應,并與路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設的傳感器實測結(jié)果進行對比,驗證了反演結(jié)果的正確性。(3)針對柔性、半剛性和剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu),分別利用本文中的方法和傳統(tǒng)的靜態(tài)方法進行力學參數(shù)反演,得到動態(tài)和靜態(tài)反演參數(shù)。對動、靜態(tài)反演結(jié)果的變異性和有效性進行對比,結(jié)果表明靜態(tài)反演結(jié)果中容易發(fā)生“模量竄層”現(xiàn)象,導致反演結(jié)果不能真實反映路面結(jié)構(gòu)層的材料力學特性,動態(tài)反演方法能夠有效避免這一現(xiàn)象,而且具有較小的變異性和較高的合理百分比,反演結(jié)果能夠更真實地反映路面結(jié)構(gòu)的力學行為。(4)利用反演得到的兩套力學參數(shù),采用彈性層狀理論和黏彈性層狀理論進行移動荷載作用下的力學分析,研究動、靜態(tài)反演力學參數(shù)對路面力學響應的影響。結(jié)果表明荷載移動速度對路面力學響應有顯著的影響,靜態(tài)方法僅反演得到路面結(jié)構(gòu)層的彈性模量,在力學分析中不能考慮移動速度的影響,計算結(jié)果不能對路面性能進行客觀評價,而利用動態(tài)反演結(jié)果進行力學分析能夠有效解決這一問題,為現(xiàn)役路面性能評價提供了有效途徑。(5)為了研究路面結(jié)構(gòu)在服役過程中的模量衰減,對不同年限的FWD實測結(jié)果進行了力學參數(shù)的動、靜態(tài)反演,結(jié)果表明靜態(tài)反演方法容易引起“模量竄層”現(xiàn)象,導致反演結(jié)果不能對路面在服役期間使用性能的衰減提供合理的解釋,動態(tài)反演結(jié)果能夠合理地描述結(jié)構(gòu)層模量的衰減。進而利用黏彈性層狀理論分析路面結(jié)構(gòu)力學響應,分析了力學響應變化,結(jié)果表明本文中提出的基于動態(tài)反演的路面結(jié)構(gòu)力學響應分析方法,能夠?qū)β访娼Y(jié)構(gòu)在服役期間的模量衰減以及路面力學響應的變化進行科學的分析,為路面結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生機理及性能衰變規(guī)律的分析提供了有效途徑。
【圖文】：

彈性層狀理論對路面結(jié)構(gòu)進行力學分析。彈性層狀理論中假設各結(jié)構(gòu)層材料均為彈性材逡逑料。彈性層狀理論在圓柱坐標體系中對路面力學響應進行分析，ＦＷＤ荷載簡化為圓形逡逑均布荷載，路面結(jié)構(gòu)受力示意圖如圖２．１所示，其中ｒ和ｚ分別表示半徑方向和垂直方逡逑向。路面結(jié)構(gòu)各層的彈性模量、泊松比和厚度分別采用＾和＆進行表示。根據(jù)荷載逡逑分布以及路面結(jié)構(gòu)的幾何特性，可以作為軸對稱問題進行求解。彈性力學分析方法中，逡逑對于彈性軸對稱半空間問題，，應力方程ｐ滿足結(jié)構(gòu)平衡微分方程Ｉ１２５：！。逡逑Ｖ２Ｖ２＾邋＝邋0邐（２．１）逡逑其中，Ｖ４為拉普拉斯算子，＋邋ｉ立＋４）。逡逑ｄｒ２邋ｒｄｒ邋ｄｚ２逡逑空間軸對稱問題中，應力只與徑向和深度方向相關(guān)。引入應力函數(shù)ｐ邋＝邐利用逡逑彈性層狀理論，結(jié)合平衡方程和變形連續(xù)方程，能夠得到應力函數(shù)的解析表達式，如式逡逑（２．２）所示［２６，１２句。逡逑生年＋Ｃ／ｒｎｃｅ－ｍ＾－？）邋－Ｄｉｒｎｇｅ－ｍ（￣＾）］邐（２．２）逡逑ｍ逡逑其中，下標丨為路面結(jié)構(gòu)層數(shù)；好；漢為路面結(jié)構(gòu)厚度，＾＝４＋６＋…＋NB＿１；逡逑Ｊ。為零階第一類貝塞爾函數(shù)；ｍ為計算參數(shù)；ｄ、５、Ｃ、Ｚ）為待定系數(shù)

其中向量場Ｖ由剪切波產(chǎn)生，而且滿足標量場彳由壓縮波產(chǎn)生，滿足逡逑%藉澹兀埃劍

本文編號：2683573