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北方滨海地区沥青路面损伤机理及使用寿命研究

张光海  
【摘要】:我国滨海公路总长度达4万多公里,是连接沿海城市和港口的重要交通枢纽。滨海地区沥青混凝土路面由于经常承受超载集装箱车辆作用,造成路面平整度破坏严重,而路面不平整引起的车辆动荷载又进一步加剧沥青路面的破坏,导致沥青路面使用寿命急剧降低。同时北方滨海地区沥青路面除经常受到海水盐雾侵蚀外,严寒季节还长期经受除冰盐侵蚀及冻融循环耦合作用,造成使用寿命进一步降低。因此,北方滨海地区沥青路面损伤机理及使用寿命是亟待解决的问题。 本文在分析总结国内外相关研究成果的基础上,通过理论分析、现场试验与数值模拟的方法,首先研究了不平整度引起的车辆动荷载对沥青路面的破坏机理;然后对沥青路面在氯离子侵蚀及冻融耦合作用下的低温弯曲性能及疲劳特性进行了研究,同时研究了玄武岩纤维的添加对氯离子侵蚀及冻融作用下沥青混合料低温性能及疲劳特性的改善作用;最后建立了沥青路面多目标评估模型。对基于不平整度、氯离子侵蚀及冻融作用下沥青路面使用寿命进行了评估,本文的主要研究内容如下: (1)在对不平整路面引起的动荷载对路面损伤机理研究的基础上,将实际不平整路面转化为对路面结构最不利的正弦波形路面,建立了四分之一车辆模型,研究了一定平整度下路面波长、波幅和行车荷载、行车速度之间的关系。 (2)利用ANSYS软件建立了路面结构三维有限元模型,模拟了试验路面的受力情况。系统研究了不平整路面在不同载重、车速情况下各层路面结构的动力响应。通过现场构造不平整路面,在不同深度结构层处埋设相应的位移和应力应变计,通过现场试验研究了不同车速和荷载作用下不同不平整度的路面结构的动力响应,重点研究了路面各层结构应力、应变随深度和车速的变化特征,并对有限元分析模型的准确性进行了验证。 (3)针对北方滨海地区沥青路面极端环境下使用条件,通过低温性能试验及疲劳试验研究了氯离子侵蚀及冻融耦合作用对沥青混合料低温性能及疲劳特性的影响。同时研究了玄武岩纤维的掺入对氯离子侵蚀及冻融作用下沥青混合料低温性能及疲劳特性的改善作用。 (4)建立了路面多参考指标疲劳评估模型,基于此模型,考虑不平整度引起的动荷载对道路造成的不利影响以及氯离子侵蚀及冻融耦合作用对沥青路面低温特性及疲劳特性的影响,对于典型的北方滨海地区沥青路面的使用寿命进行了评估。


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