發(fā)布時間：2020-07-13 09:28

【摘要】：結構分析方法能否客觀描述路面實際服役狀態(tài)是瀝青路面設計的核心。瀝青路面在荷載、環(huán)境作用下具有明顯的非線性響應,準確獲取這一響應行為并在計算時予以充分考慮,是保證結構分析科學、合理的關鍵。但目前瀝青路面結構分析中所采用的線彈性層狀體系和結構層模量取值方法,并不能準確描述路面服役過程中的非線性行為和實際力學響應,以此為基礎進行結構分析和計算存在一定局限。為了建立更加符合實際路面結構實際響應和非線性服役行為的瀝青路面結構分析方法,通過足尺試驗、模型試驗、材料試驗、力學分析和實測驗證等手段,對瀝青路面結構實際響應、路面材料非線性性質(zhì)和結構分析方法進行了研究。首先,基于足尺環(huán)道試驗對瀝青路面結構的實際響應規(guī)律進行了研究。通過傳感器測試技術獲得了瀝青路面結構的實際服役環(huán)境和力學響應規(guī)律,建立了溫度變化描述模型,給出了用于結構分析使用的溫度參數(shù)確定方法,揭示了實際力學響應的溫度依賴性與荷載依賴性。結果表明:Bigaussian函數(shù)能夠有效表征大氣溫度和結構內(nèi)部溫度變化過程,可作為描述溫度分布特征的一種數(shù)學模型,據(jù)此可計算得到路面結構分析中使用的最不利溫度;彎沉、應力、應變等力學響應均具有顯著的溫度依賴性,溫度升降除引起它們的數(shù)值增減以外,還會改變方向;可基于足尺環(huán)道未運營階段試驗結果,采用指數(shù)函數(shù)對三個力學響應參數(shù)進行溫度修正;高溫時,彎沉、應力、應變的荷載依賴性和路面結構非線性響應現(xiàn)象更為顯著。其次,基于模型試驗對瀝青路面結構的實際響應規(guī)律進行了研究。采用相似理論設計了瀝青路面結構模型試驗,提出了基于模型試驗的路面結構實際響應測試方法,揭示了模型表面和層間應變響應的荷載與溫度依賴性,給出了用于結構分析的層間結合條件。結果表明:當模型試驗的平面尺寸為直徑100cm圓柱體時,模型結構與原型結構之間具有良好的相似性;模型試驗測試方法平行性和復現(xiàn)性良好、可靠度高,可作為路面結構實際響應研究的一種有效手段;水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混凝土模型表面應變存在三個明顯的力學響應特征點:壓應變最大值點、拉壓分界點和拉應變峰值點,兩種模型的荷載-應變響應曲線具有顯著的非線性特征;同質(zhì)、異質(zhì)材料結構層間應變響應具有一定的溫度與荷載依賴性;結構分析中,瀝青材料層之間、半剛性材料層之間可使用連續(xù)假設,瀝青材料層和半剛性材料層之間宜采用半連續(xù)、半滑動假設。再次,基于材料試驗對足尺環(huán)道路面材料的非線性性質(zhì)進行了研究。通過材料的結構行為分析,揭示了瀝青混合料和半剛性材料的溫度與荷載依賴性,構建了基于應力或應變、溫度或強度的路面材料模量依賴模型,建立了材料模量與結構層模量的聯(lián)系機制,給出了用于結構分析的結構層模量取值方法。結果表明:基于溫度和應變參數(shù)表達的瀝青混合料動態(tài)模量依賴模型能夠較好的描述瀝青混合料的溫度與荷載依賴性;半剛性材料具有一定的強度與荷載依賴性,可構建基于強度和應力參數(shù)表達的半剛性材料模量依賴模型;采用Mises等效應力和等效應變能夠協(xié)調(diào)室內(nèi)單一應力狀態(tài)和現(xiàn)場復雜應力狀態(tài),可作為材料模量到結構層模量的聯(lián)系機制,并可據(jù)此確定結構分析中結構層模量的取值方法。最后,基于路面力學分析理論和實際響應行為研究了瀝青路面結構非線性分析方法。通過對路面結構實際響應行為的分析,建立了瀝青路面非線性分析基本理論,提出了基于材料非線性的瀝青路面結構分析方法,并基于足尺環(huán)道實測結果驗證了方法的有效性。結果表明:在材料非線性、層間結合條件、結構響應唯一性和最不利溫度等假設下,可以建立基于材料非線性的瀝青路面結構分析方法,能夠較好的模擬實際響應的非線性特征;模量取值、受力狀態(tài)、計算溫度和計算點位置對非線性分析結果具有顯著影響;分析結果與足尺環(huán)道實際響應之間具有一致的變化趨勢和相關性,該方法具有一定的科學性與合理性,可作為瀝青路面非線性分析的一種計算手段。本研究獲得了路面結構實際響應規(guī)律和材料非線性性質(zhì),提出了基于路面結構非線性服役行為的瀝青路面結構分析方法,研究成果能夠進一步完善和發(fā)展瀝青路面結構分析理論,為建設耐久性瀝青路面提供基礎,具有一定的學術意義和應用價值。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U416.217
【圖文】：

美國MnRoad鳥瞰圖

美國NCAT環(huán)道鳥瞰圖

長為 1429 m。第 2 個試驗段落為北側圓曲線 A 段，用于水泥混凝土路面與材料的相關研究，共鋪設 13 種路面結構（結構編號以 YA 表示），總長5m。第 3 個試驗段落為南側圓曲線 B 段，用于瀝青路面抗車轍技術的研鋪設 6 種路面結構（結構編號以 YB 表示），總長為 305m。38 種路面結布置情況如圖 2-2 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前1條

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本文編號：2753272