長壽命瀝青路面力學(xué)分析與優(yōu)化

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1、』=海大學(xué)碩士學(xué)位論文Monismith于1992年在TRB會議上提出了一種基于力學(xué)的設(shè)計方法，設(shè)計時，由材料、交通、環(huán)境及服務(wù)性能等決定路面結(jié)構(gòu)組合。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計指標(biāo)：根據(jù)加州的設(shè)計指標(biāo)，單軸載為80kN時瀝青混合料層的彎拉應(yīng)變小于70ue；路基頂面垂直應(yīng)變小于200l-te。伊利諾斯州交通廳的設(shè)計中要求瀝青混合料基層的彎拉應(yīng)變小于60I．Re。加州研究認為，需觀測表面層的剪切應(yīng)變，以確保路面不發(fā)生車轍，但未提出指標(biāo)；伊利諾斯州認為可根據(jù)表面層剪應(yīng)力分析決定磨耗層厚度，但目前并無相關(guān)研究。國內(nèi)，孫立軍教授等，通過對火量實例的計算，探討了臨界應(yīng)變與路面使用壽命的關(guān)系。提出，適應(yīng)于中國

2、實際情況的長壽命瀝青路面設(shè)計指標(biāo)，其中，HMA層底拉應(yīng)變應(yīng)小于120pe，同時豎向土基壓應(yīng)變2801．te【251。1．3．4長壽命路面經(jīng)濟分析盡管長壽命路面整體結(jié)構(gòu)層較厚，尤其是瀝青面層比較厚，對士基穩(wěn)定性要求高，因此初始投資相對比較大，但通過國外眾多研究者的分析，認為長壽命路面能很長時間避免結(jié)構(gòu)性維修，能大量節(jié)省養(yǎng)護費用，減少交通延誤，應(yīng)用于重交通道路具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益雎6-30]。1．4論文的主要研究內(nèi)容本文依托交通部兩部交通科技建設(shè)項目“重載交通長壽命瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究”江蘇連鹽試驗路，借鑒沙慶林院士最新研究成果——新型SAC級配的設(shè)計與應(yīng)用，采用我國規(guī)范常用技術(shù)方

3、法與指標(biāo)，對硬質(zhì)瀝青SAC的配合比進行設(shè)計，得出性能優(yōu)異的瀝青混合料，并力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，建立長壽命瀝青路面優(yōu)化的基本流程。主要研究內(nèi)容如下：1)依據(jù)規(guī)范，測定試驗路段中采用的AH．30瀝青，SBS改性瀝青以及石灰?guī)r、玄武巖的性能指標(biāo)，并滿足馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂、車轍試驗的要求，提出SAC．13，SAC．20以及SAC．25的目標(biāo)配合比。并得出令人滿意的室內(nèi)試驗結(jié)果，特別是動穩(wěn)定度能夠達到3000次以上，大大超出了以往基質(zhì)瀝青混凝土；同時對于填料由水泥取代礦粉，使得抗水損害能力也相應(yīng)得到提高，TSR值基本在85％以上。2)通過材料的室內(nèi)性能試驗，提出使用硬質(zhì)瀝青是基于我國路面實際

4、情況，解決車轍問題的一個有效途徑。但由于室內(nèi)外性能差異的存在，也需實體工程的進一步檢驗。3)測試了SAC系列瀝青混凝土的靜態(tài)抗壓強度、同彈模量和劈裂模量，并對試驗路段上中下三層瀝青混凝土的靜態(tài)抗壓回彈模量和動態(tài)抗壓回彈模量進行了比較測試。4)采用應(yīng)力控制方式進行小梁彎拉疲勞試驗，得出了硬質(zhì)瀝青SAC25、SAC20的疲勞方程。與以往疲勞試驗結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，盡管瀝青用量有所降低，但硬質(zhì)瀝青混凝十的疲勞壽命依然有大幅度提高，從而表明在我國當(dāng)前大范圍采用半剛性路面結(jié)構(gòu)情況下，中下面層采用硬質(zhì)瀝青混凝十是合理的。5)出于對于路面破壞形式的進一步了解，本文通過有限元仿真，作重分析了最不利載荷(剎車

5、)作用下，瀝青路面的動態(tài)響應(yīng)。提出了不同車速、輪載作用下，路面的附著系數(shù)，進而計算出水平剎車力的大小，摒棄了往前單獨使用假定系數(shù)乘以軸載計算水平力的方法，建立了相關(guān)的理論依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上，分析了重載車輛(1．0MPa)在剎車過程時，路面結(jié)構(gòu)中最大應(yīng)力的出現(xiàn)位置和數(shù)值大小，對于路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)變化規(guī)律進行了一定層度上的探索。6)同時，通過有限元計算，我們得出該路面結(jié)構(gòu)由于層底彎拉應(yīng)力而產(chǎn)生破壞的疲勞壽命為108次以上，基本滿足長壽命瀝青路面40年無結(jié)構(gòu)性破壞的要求。但同時由于剪切14上海大學(xué)碩一L學(xué)位論文產(chǎn)生的破壞，在城市道路中，由于剪應(yīng)力引起的車轍現(xiàn)象，顯得更為突出。且由于我國路面設(shè)計

6、規(guī)范中，依然取用彎沉值、最大彎拉應(yīng)力為控制指標(biāo)，本文建議對于城市道路設(shè)計時，應(yīng)補充剪應(yīng)力指標(biāo)，用以防治路面結(jié)構(gòu)中由于局部抗力不足而導(dǎo)致的破壞。7)通過正交分析方法，分析路面結(jié)構(gòu)中各材料參數(shù)的變化，對各瀝青路面設(shè)計指標(biāo)的影響，定性地提出瀝青路面的優(yōu)化趨勢。并得出士基模量的變化對于路表最大彎沉值的影響十分顯著。土基模龜?shù)脑黾幽苡行У販p小路表最大彎沉，意味著路面整體承載性能的提升?；鶎雍穸纫彩怯绊懧繁碜罨饛澇林?、基層層底最大彎拉應(yīng)力的重要因素，一定厚度的基層起到擴散荷載的作用。同時，厚度的增大也顯著減小了土基的豎向應(yīng)變，即對于路面永久變形的控制是有益的。8)通過對基層層底彎拉應(yīng)力的趨勢分析，

7、可知，對于基層模量可適當(dāng)降低，而對于底基層的模量可以適當(dāng)提高。9)基于遺傳算法理論，以路面的行為函數(shù)為立足點，編寫長壽命瀝青路面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，有效地將工程造價與路面性能、強度、結(jié)構(gòu)組合和環(huán)境岡素進行有機結(jié)合，從理論以及實用性上，突破了傳統(tǒng)優(yōu)化方案過重強調(diào)初始投資的局限。為長壽命瀝青路面的大規(guī)模采用，提供了一定的理論依據(jù)。并編寫出基于使用性能的瀝青路面優(yōu)化程序，較好地將路面使用性能指標(biāo)與瀝青路面設(shè)計標(biāo)準結(jié)合起來，對于日后的瀝青路面優(yōu)化程序建立了