【摘要】：瀝青路面是我國高等級路面的主要結構形式,在公路交通發(fā)展中占有舉足輕重的地位。然而,公路運輸?shù)母咚�、重載化需求日益加劇與路面使用壽命嚴重不足兩者間的矛盾,成為制約高速公路發(fā)展的難題。其中一個重要原因在于,我國目前采用的靜力學路面設計體系難以準確評價路面的實際受力狀態(tài),自然無法合理解釋并有效抑制路面的早期破壞。因此,開展不同類型瀝青路面結構的動力行為研究,對探究路面損壞機理、優(yōu)化路面結構組合,進而提高路面使用壽命具有重要意義。本文通過文獻閱讀、資料分析,在系統(tǒng)回顧、評述瀝青路面設計方法、路面動力學理論及試驗研究進展的基礎上,充分考慮我國瀝青路面結構特點和工程環(huán)境,以半剛性、倒裝式及組合式三種典型瀝青路面為研究對象,對瀝青路面材料的動態(tài)模量、路面結構實測動態(tài)響應規(guī)律以及基于數(shù)值模擬手段的路面動力行為等進行了較系統(tǒng)的研究,論文主要研究工作及成果如下：首先,通過系統(tǒng)文獻閱讀及資料分析,從路面材料應力-應變特性、動態(tài)模量試驗方法、經驗預估模型及參考取值范圍等方面入手,較系統(tǒng)地分析了路面結構中路基土與粒料、無機結合料穩(wěn)定材料以及瀝青混合料在動態(tài)荷載下的材料特性。并針對SMA-13、AC-20、AC-25三種瀝青混合料開展單軸壓縮動態(tài)模量試驗,獲得了瀝青混合料動態(tài)模量和相位角隨溫度和時間的變化規(guī)律,并結合動態(tài)模量主曲線和時間-溫度移位因子分析結果,論述了黏彈性材料對于荷載頻率及環(huán)境溫度的敏感性,進一步將材料在特定條件下的動態(tài)模量值拓延至更加廣泛的時溫空間,全面描述了瀝青混合料的黏彈性材料性質。其次,以層底動態(tài)應變作為評價參數(shù),開展基于車輛加載試驗的瀝青路面動力響應研究,獲取了半剛性、倒裝式和組合式三種典型瀝青路面的動態(tài)響應特征,揭示了路面結構形式、車輛荷載大小、車速、軸型、胎壓以及氣候環(huán)境因素對路面動態(tài)應變響應的影響。同時,采用交互正交試驗設計考察了路面溫度、車輛軸重、車速以及各因素間的交互作用對面層層底應變的影響顯著性,在此基礎上選取對于應變響應影響高度顯著的因素作為白變量,通過多元回歸分析構建了瀝青路面面層底應變響應的預估模型。并從工程應用角度出發(fā),利用實測應變響應量進行了不同類型路面瀝青層疲勞壽命的對比分析。第三,以現(xiàn)場試驗路段為載體,結合路面結構的實測路表彎沉及層底應變響應參數(shù),研究了不同結構類型瀝青路面在FWD荷載作用下的動態(tài)彎沉盆性質以及動態(tài)應變響應變化規(guī)律。并對FWD荷載下的應變響應實測數(shù)據(jù)與路面溫度進行回歸分析,確定了不同瀝青路面應變響應的溫度修正系數(shù),實現(xiàn)了實測路面溫度下應變響應向標準參照溫度條件的轉換。同時,基于面層層底應變等效原則,討論了FWD荷載與行車荷載作用的對應關系,建立了可表征不同級位FWD荷載與標準軸載行車荷載效應相互對應關系的線性擬合方程。采用灰熵分析法,確定了不同路面結構彎沉盆參數(shù)與瀝青路面面層底動態(tài)應變的關聯(lián)性大小,并結合多元線性回歸分析建立了基于動態(tài)彎沉盆參數(shù)指標的面層層底應變預估模型。最后提出了FWD荷載作用下瀝青路面動態(tài)應變響應的評定方法及分析步驟。第四,利用有限元軟件ABAQUS建立了瀝青路面結構動力響應三維有限元模型,并基于實測數(shù)據(jù)完成模型的合理性驗證。以路表彎沉、瀝青層底彎拉應變、無機結合料層底彎拉應力、路基頂壓應變、面層剪應力作為關鍵力學指標,通過動態(tài)與靜態(tài)響應間的對比分析,確定了路面動力與靜力力學行為間的差異,明確了動力力學行為分析的重要意義。并從車輛荷載軸重、車速、軸型以及水平荷載效應等方面分析了車輛荷載參數(shù)對于路面動力響應的影響,全面評價了不同形式動態(tài)荷載效應影響下瀝青路面的動力行為特征。最后,通過數(shù)值仿真方法開展了典型瀝青路面結構的結構組合分析,提出了不同類型路面的關鍵控制指標,并通過路面結構參數(shù)與路面結構各動力響應量之間的相關性分析,確定了兩者之間的正、負相關性及其影響程度大小,結合不同瀝青路面的結構行為關鍵控制指標分析結果,總結出通過結構參數(shù)調整改善路面受力狀態(tài)的有效途徑,可為不同類型的瀝青路面優(yōu)化設計提供參考。
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【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U416.217

【參考文獻】

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本文編號：2476542