【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(wú)損檢測(cè)設(shè)備之一。利用實(shí)測(cè)FWD檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行力學(xué)參數(shù)反演,是對(duì)現(xiàn)役瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析和性能評(píng)價(jià)的主要途徑。正分析方法是力學(xué)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(shí)際力學(xué)行為,是保證反演力學(xué)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(xué)參數(shù)反演方法一般基于彈性層狀理論,在力學(xué)分析中無(wú)法考慮瀝青混合料的黏彈特性和荷載的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。力學(xué)分析模型和實(shí)際路面力學(xué)行為之間的差異,將不可避免地被傳遞到反演力學(xué)參數(shù)中,進(jìn)而造成利用反演力學(xué)參數(shù)計(jì)算得到的路面力學(xué)響應(yīng)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(píng)定帶來(lái)極大的困難�；谀壳奥访媪W(xué)參數(shù)反演和性能分析方法的不足,本文主要開(kāi)展了以下研究:(1)采用譜單元法對(duì)瀝青路面進(jìn)行FWD荷載作用下的動(dòng)態(tài)分析,力學(xué)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(xué)行為。將譜單元法分析結(jié)果和有限元法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了利用譜單元法對(duì)瀝青路面進(jìn)行動(dòng)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(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)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(xué)參數(shù)能夠更全面地描述路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。利用反演力學(xué)參數(shù)計(jì)算路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng),并與路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)的傳感器實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了反演結(jié)果的正確性。(3)針對(duì)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(jìn)行力學(xué)參數(shù)反演,得到動(dòng)態(tài)和靜態(tài)反演參數(shù)。對(duì)動(dòng)、靜態(tài)反演結(jié)果的變異性和有效性進(jìn)行對(duì)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(dǎo)致反演結(jié)果不能真實(shí)反映路面結(jié)構(gòu)層的材料力學(xué)特性,動(dòng)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(shí)地反映路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。(4)利用反演得到的兩套力學(xué)參數(shù),采用彈性層狀理論和黏彈性層狀理論進(jìn)行移動(dòng)荷載作用下的力學(xué)分析,研究動(dòng)、靜態(tài)反演力學(xué)參數(shù)對(duì)路面力學(xué)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明荷載移動(dòng)速度對(duì)路面力學(xué)響應(yīng)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(xué)分析中不能考慮移動(dòng)速度的影響,計(jì)算結(jié)果不能對(duì)路面性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià),而利用動(dòng)態(tài)反演結(jié)果進(jìn)行力學(xué)分析能夠有效解決這一問(wèn)題,為現(xiàn)役路面性能評(píng)價(jià)提供了有效途徑。(5)為了研究路面結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中的模量衰減,對(duì)不同年限的FWD實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了力學(xué)參數(shù)的動(dòng)、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(dǎo)致反演結(jié)果不能對(duì)路面在服役期間使用性能的衰減提供合理的解釋,動(dòng)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(jìn)而利用黏彈性層狀理論分析路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng),分析了力學(xué)響應(yīng)變化,結(jié)果表明本文中提出的基于動(dòng)態(tài)反演的路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)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(xué)響應(yīng)的變化進(jìn)行科學(xué)的分析,為路面結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生機(jī)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(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析。彈性層狀理論中假設(shè)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(biāo)體系中對(duì)路面力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行分析，ＦＷＤ荷載簡(jiǎn)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(jìn)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(duì)稱問(wèn)題進(jìn)行求解。彈性力學(xué)分析方法中，逡逑對(duì)于彈性軸對(duì)稱半空間問(wèn)題，，應(yīng)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(duì)稱問(wèn)題中，應(yīng)力只與徑向和深度方向相關(guān)。引入應(yīng)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(yīng)力函數(shù)的解析表達(dá)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(biāo)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(jì)算參數(shù)；ｄ、５、Ｃ、Ｚ）為待定系數(shù)

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

本文編號(hào)：2683573