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高寒地区沥青路面温度与荷载耦合动力行为

黄大强  
【摘要】:目前,沥青路面是我国高等级公路路面的主要结构形式,随着公路运输的重载化和高速化,沥青路面使用寿命严重不足,这己成为制约我国高速公路发展的难题。因此,针对不同类型沥青路面结构的动态力学行为展开研究,对探究路面结构损坏机理、优化路面结构组合,从而提高路面寿命具有重要的工程实际意义。本文以半刚性基层、柔性基层二种典型的沥青路面结构为研究对象,对沥青混合料的动态性能、沥青路面的温度行为及温度动载耦合作用下的沥青路面动力行为特征进行了较系统的研究,论文主要研究工作如下:(1)通过对SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料开展单轴压缩动态模量试验,获得了不同温度和频率下的沥青混合料动态模量及相位角,并结合近似方法,拟合出松弛模量主曲线和时间-温度移位因子,在此基础上给出了沥青混合料的粘弹性参数,为后文的数值模拟提供了基于实测数据的材料参数。(2)为研究高寒地区沥青路面结构温度行为,以ABAQUS软件为计算平台,结合正交试验方法及滞后衰减气温模型,进行了气象参数对沥青路面温度场影响及其参数敏感性分析,讨论了结构类型、结构层厚度及层间状态等因素对路面温度场及温度应力分布状况的影响,预测了沥青面层不同深度温度日变化。(3)分别考虑定点冲击荷载特性和移动荷载特性,建立了沥青路面结构动力响应三维有限元模型,并以模拟的温度场数据作为沥青路面的温度分布状况,研究分析轴重、车速、层间状态及温度时段等对荷载作用下的路面动态响应的影响,并结合多元回归分析建立了其各结构层动态指标预估模型和疲劳寿命模型。(4)对比冲击荷载与移动荷载作用下路面结构的动态响应,分析不同荷载模型对响应结果的影响及其合理性,为进一步提出可靠的荷载数学模型做出具有参考性的探索工作。


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