青临高速试验路沥青路面结构应变分析和永久变形预估

为了分析和预估青临高速试验路沥青路面结构疲劳寿命和永久变形,为长期性能观测验证提供基础对比数据,按照标准试验方法对试验路土基、粒料、无机结合料以及沥青混合料的力学参数进行测试分析;结合同类道路交通荷载分析,得出试验路交通组成、轴载谱及3类典型轴的最大特征值;按照弹性层状理论计算了常温和高温条件下沥青层底最大弯拉应变;用MEPDG永久变形预估模型分析了不同路面结构沥青层永久变形发展规律,预测车辙养护修复的时间。结果表明,所设计的沥青路面结构基本满足长寿命沥青路面沥青层底弯拉应变小于疲劳极限应变的要求,MEPDG预测车辙主要发生在表面层,中下面层车辙较小,表面层采用高模量沥青混合料可显著提高路面抗车辙能力。     

车辙预估模型研究

论文旨在依托汉堡车辙试验建立起高精度的车辙预估模型。对6种混合料进行不同温度与轮载压力下的汉堡车辙试验,以及标准条件下的抗剪强度试验,借助ABAQUS软件计算汉堡车辙试件的最大剪应力;以6种沥青混合料的汉堡车辙深度、试验温度、最大剪应力、抗剪强度和加载次数作为基础参数,通过多元拟合分析,建立起基准速度为66km/h的简化车辙预估模型;基于沥青混合料的时间硬化蠕变模型,理论推导行车速度与路面车辙的关系,将简化的车辙预估模型经速度修正后得到最终的车辙预估模型。研究结果表明,温度对沥青混合料永久变形的影响很大,当其他条件相同时,70℃的车辙深度约为50℃的4.5倍;轮载压力是影响混合料永久变形的另一敏感因素,当其他条件相同时,0.7 MPa的车辙深度约为0.5 MPa的1.7倍;混合料永久变形与加载次数呈非线性关系;所建立的车辙预估模型中的各个变量对方程均有显著意义,实测值与预估值具有很高的拟合度,说明该模型是可接受的,且可预估任意行车速度下的路面车辙。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

高模量沥青混凝土的高温永久变形预估模型

根据粘弹性理论推导了沥青混凝土的高温永久变形的预估模型,根据重复荷载永久变形试验拟合得出其参数,并将高模量沥青混合料与基质沥青、SBS改性沥青混合料对比,结果表明：该模型可以较好的描述沥青混合料永久变形的变化规律,高模量沥青混凝土有着更好的抵抗永久变形的能力。     

基于蠕变试验分析沥青路面车辙的能量方法

利用MTS810型液压伺服试验系统和旋转压实仪GC(Gyratory Compactor)进行沥青混合料的五级单轴压缩蠕变试验,研究了重荷载下沥青混合料的高温稳定性。从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形机理,并找出了耗散能与永久变形的关系,通过多元回归得到了重载交通下沥青路面的车辙预估模型。     

钢桥面热塑性沥青混合料铺装车辙预估方法

钢桥面热塑性沥青混合料铺装车辙病害主要是铺装层抵抗剪切变形或塑性流动能力不足引起的,而铺装层混合料的初期压密只会增加车辙量而不足以形成车辙破坏。本文利用通用有限元ANSYS软件提供的蠕变模型和层-应变法,提出了钢桥面热塑性沥青混合料铺装车辙预估方法,并研究了车辙预估模型中参数的确定方法。实例分析表明,本文提出的钢桥面热塑性沥青混合料铺装车辙预估方法是可行的。     

用粘弹性理论评价沥青混合料的高温稳定性

根据同济大学提出的四单元五参数模型,采用沥青混合料变形的粘性部分来评价沥青混合料的高温稳定性,认为四单元五参数模型能较好地模拟沥青混合料的高温稳定性,并根据动蠕变实验推出模型中的粘弹性参数,导出了模型中五参数与车辙试验动稳定度之间的关系。     

新疆地区沥青混合料动稳定度标准研究

针对新疆地区独特的自然环境和交通特性,以该地区普遍采用的AC型沥青混合料为对象,通过分析车辙影响因素,充分考虑路面温度、交通轴次、结构层剪应力等综合作用,借助室内车辙试验、ABAQUS有限元分析和ALF(Accelerated Load Facility)加速加载试验构建了沥青混合料车辙预估模型。在此基础上,根据新疆地区环境特点和交通特性,确定了新疆地区车辙预估模型参数,实现了新疆地区不同分区的车辙预估,进而结合车辙深度与动稳定度关系模型,提出了用以评价新疆地区沥青混合料高温稳定性的动稳定度标准。该标准可供新疆地区沥青路面设计与施工参考。     

沥青混合料高温稳定性评价指标研究

通过对现有沥青混合料高温稳定性评价指标的理论分析,指出现行规范中车辙试验动稳定度指标并不能完全反映沥青混合料的抗永久变形能力;基于路面车辙预估思想,提出以残余服务寿命Ns作为评价指标,并根据已有试验数据验证了该指标的适用性,结果显示该指标意义明确、评价准确、变异性小,避免了指标与实际不一致的情况。     

基于离散元方法的沥青混合料三轴剪切试验模拟研究

为了从沥青混合不连续特征的角度更好地评价和预估其抗车辙能力,采用离散元方法建立沥青混合料细观结构模型,并进行沥青混合料三维离散元虚拟三轴剪切试验。将模拟结果与宏观试验结果进行比较,分析模型参数与试验参数之间的关系。最后将二维虚拟试验结果和三维虚拟试验结果进行对比。结果表明:三维离散元模拟结果与试验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性,可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法;三维离散元模型由于更多地考虑了材料的嵌挤作用,比二维离散元模型精度更高。