柔性基層瀝青路面設(shè)計指標及性能預(yù)估模型研究.pdf

1、柔性基層瀝青路面以其優(yōu)良的路用性能成為我國半剛性基層瀝青路面的必要補充形式。相對于半剛性基層瀝青路面而言，隨著其瀝青層厚度的增加，路面結(jié)構(gòu)層受力必然要發(fā)生一定的變化，在此條件下如何進行柔性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計就成為其在我國得以推廣應(yīng)用迫切需要解決的問題。 在瀝青路面結(jié)構(gòu)服務(wù)期內(nèi)，我國瀝青路面設(shè)計采用的彎沉指標及國外采用的路基頂面壓應(yīng)變、瀝青層底部拉應(yīng)變指標均不能真實反映實際道路的破壞情況，本文以柔性基層瀝青路面的病害為切入點，

2、提出以車轍、Top-Down裂紋、反射裂紋(僅對混合式基層瀝青路面)為設(shè)計指標，建立了相應(yīng)的柔性基層瀝青路面性能預(yù)估模型，在此基礎(chǔ)上完成了路面結(jié)構(gòu)車轍深度及疲勞壽命的計算。最后以青島-銀川高速公路采用混合式路面試驗段為依托工程，進行了車轍深度和反射裂紋、Top-Down裂紋疲勞壽命的預(yù)估計算。 首先通過頻率掃描試驗確定了三種不同瀝青混合料在不同溫度下對應(yīng)的動模量及相位角，根據(jù)粘彈性力學中的時溫等效原理，應(yīng)用WLF方程，通過Sig

3、-moidal函數(shù)及非線性最小二乘法確定某一溫度下瀝青混合料的動態(tài)模量主曲線及相位角主曲線，并在此基礎(chǔ)上通過傅立葉變換確定廣義Maxwell模型的粘彈性參數(shù)，為后期的車轍計算奠定了基礎(chǔ)。 此外，由于ANSYS有限元程序自身對材料模型的要求，需把通過試驗確定的松弛模量轉(zhuǎn)化成剪切模量及體積模量再用于有限元計算，鑒于此，推導了廣義Maxwell模型的三維本構(gòu)方程，應(yīng)用留數(shù)定理確定了蠕變函數(shù)的系數(shù)，基于以上研究，確定了瀝青混合料的剪切模

4、量及體積模量的表達式。 同時，應(yīng)用FWD實測試驗路段的彎沉值，根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的L-M動量項法確定了路基土及半剛性底基層材料的動模量值，并在瀝青混合料頻率掃描試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合有效深度的定義確定了瀝青混合料在一定的設(shè)計車速、結(jié)構(gòu)層厚度情況下對應(yīng)的模量值，為試驗段路面性能預(yù)估提供必要的參數(shù)。 車轍計算時，利用概率統(tǒng)計理論計算了不同荷載偏移距離下路面不同位置的荷載作用的概率，應(yīng)用有限元程序計算路面結(jié)構(gòu)的車轍。應(yīng)用所建模型，進

5、行了基于荷載大小、行車速度、荷載作用次數(shù)、輪胎中線偏移距離及土基模量等五個因素的車轍正交計算。通過方差分析法確定了各因素對車轍影響的顯著程度，以期為今后的路面設(shè)計及養(yǎng)護工作提供必要的參考。 Top-D0wn裂紋疲勞壽命計算時，采用概率統(tǒng)計的方法將荷載按正態(tài)分布的原則作用到路面結(jié)構(gòu)模型上，應(yīng)用改進的Paris公式及四階龍格.庫塔法則計算不同荷載作用位置、不同裂紋位置對應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Miner損傷原則，確

6、定了基于Top-Down裂紋的路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命。 對于混合式基層瀝青路面進行反射裂紋疲勞壽命計算時，考慮車輛荷載每次經(jīng)過裂紋時對裂尖造成的影響不同，根據(jù)斷裂力學原理及修正后的Miner法則計算路面結(jié)構(gòu)反射裂紋的疲勞壽命。 最后以青銀高速公路混合式路面試驗段為依托工程，進行了車轍深度及Top-Down裂紋、反射裂紋等疲勞壽命的預(yù)估計算。 本文從柔性基層瀝青路面的病害入手，提出車轍、Top-Down裂紋、反射裂紋為設(shè)