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半刚性沥青路面两阶段设计方法的研究

李燕  
【摘要】:半刚性沥青路面是我国经常采用的路面结构形式,主要是因为其强度高、稳定性好、承载能力强以及经济效益好。但是近几年随着经济的发展,半刚性沥青路面暴露出越来越多的问题,如早期破坏现象严重、路面结构使用寿命达不到设计的要求等。这些问题促使对路面结构设计理念和设计方法进行重新反思,提出新的设计方法来解决这些问题。 本文首先对国内外半刚性沥青路面的使用状况进行调查,明确目前半刚性沥青路面在使用中所面临的主要问题,确定研究方法和研究路线。 其次对比国内外沥青路面设计方法,指出我国现行规范中沥青路面设计方法的不足及改善之处。在设计指标方面,由于路面结构是多层复合结构,而路表弯沉是一项综合性指标,无法反映路面结构损坏类型的多样性,不能建立与路面结构破坏类型一致的联系,因此路表弯沉不能作为唯一(重要)设计指标;沥青面层层底拉应力在进行路面结构设计时基本不起控制作用;借鉴国外路面设计方法,路面结构永久变形可通过路基顶面压应变指标进行控制。在材料参数方面,根据半刚性材料模量的衰减特性,分析了半刚性基层模量对路面结构疲劳寿命的影响,研究建议在进行路面结构设计时采用两阶段模量法。 接着运用有限元软件ANSYS对荷载作用下的典型半刚性基层沥青路面结构的受力特点进行分析,指出半刚性沥青路面具有如下特点:较强的荷载分布能力和承载力;永久变形较小,不易产生结构性车辙;半刚性基层和底基层易产生弯拉破坏,并揭示现行规范中某些设计指标的不合理性。 对半刚性沥青路面主要破坏模式进行分析研究,确定半刚性沥青路面结构主要的临界破坏状态及其控制临界破坏状态的设计指标体系。 然后根据Miner疲劳损伤累积原理提出半刚性沥青路面疲劳寿命的两阶段分析方法,并分析了半刚性沥青路面结构中沥青面层及基层厚度对各结构层疲劳寿命及总疲劳寿命的影响,建议在进行路面结构设计时,适当增加沥青面层厚度和减薄半刚性层的厚度,以提高半刚性层疲劳破坏后沥青面层剩余疲劳寿命占总疲劳寿命的比例。 最后根据上述分析,针对新的半刚性沥青路面的设计理念,提出半刚性沥青路面两阶段设计方法。


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