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原文传递沥青路面疲劳性能加速加载试验研究

论文题名：	沥青路面疲劳性能加速加载试验研究
关键词：	沥青路面;疲劳性能;加速加载试验;沥青混合料;试验路;疲劳试验方法;路面疲劳;路面设计;层底拉应变;应变控制模式;性能预测模型;试验设备;设计体系;疲劳损伤;疲劳累积损伤;路面结构设计;温度;模量;计算;参数
摘要：	荷载相关的疲劳开裂是沥青路面的主要损伤模式之一，疲劳失效已成为沥青路面结构设计的核心问题。因此，沥青混合料的疲劳性能指标是路面结构设计的重要技术参数指标。研究沥青路面在特定的交通与环境条件下的疲劳特性对于沥青路面设计、施工和养护具有重要的指导意义和作用。本文采用ALF(Accelerated Loading Facility)足尺加速加载试验进行沥青路面的疲劳性能研究，分析ALF试验路在加速加载过程中的疲劳性能特点，建立实验过程中路用性能指标与加载作用次数之间的关系。并进行室内四点弯曲应变控制模式下的沥青混合料小梁疲劳性能试验，从而建立野外ALF试验路疲劳性能与室内疲劳试验之间的关系；提出了沥青层疲劳寿命预测方法；建立基于沥青层疲劳的路面设计体系。沥青路面疲劳试验方法的选择方面，主要针对国际上常用沥青路面加速加载试验方法，主要包括以下三大类型：实验室试件加速试验仪器、小比例尺路面加速试验设备、大比例尺或者足尺路面加速试验设备。比较不同试验设备与方法的优缺点，重点探讨ALF加速加载试验方法，认为ALF加速加载试验能够较好的模拟路面现场实际情况。本研究采用国内常用的AC-20型沥青混合料修建5cm，10cm，15cm三种不同沥青层厚度的路面结构，基层为级配碎石。然后进行常温下ALF重载加速加载试验，路面深度3cm处温度保持在15～30℃之间。在ALF试验路加速加载过程中，沥青层层底拉应变与表面弯沉逐渐增大，沥青层反算模量逐渐减少，开始缓慢，后来变快，最后趋于稳定。应变增大为初始值大约2倍时，路表面开始出现贯穿轮迹带的横向裂缝，裂缝随加载作用次数而增多，42万次时停止加载试验，裂缝最宽达2mm。沥青路面疲劳损坏预估是建立在室内沥青混合料疲劳性能预估模型研究的基础之上，本研究选用四点弯曲应变控制模式的小梁疲劳试验方法进行ALF试验路沥青混合料级配的试验，建立了以初始劲度模量、应变为变量的沥青混合料疲劳性能预测模型，并在ALF试验路的沥青层疲劳累积损伤分析中利用该模型计算不同温度和应变水平下的寿命次数。进行计算时应变采用现场实测的沥青层层底拉应变，沥青层模量利用FWD测得的弯沉盆反算得到。疲劳累积损伤采用短周期单元的方法，计算ALF加载在不同周期单元不同温度下的疲劳损伤率，利用Miner法则线性累积。计算出ALF试验路疲劳性能的现场修正系数。通过比较ALF试验路与现场实际道路之间的差异，理论计算荷载横向分布影响修正系数，建立了沥青混合料室内疲劳性能与实际路面疲劳之间关系，提出了沥青路面的疲劳预测方法与性能预测模型。基于沥青层疲劳的路面设计体系的建立需要考虑材料参数、交通参数以及环境参数三者的影响，本研究重点进行了沥青混合料模量参数、基于疲劳等效的轴载换算及温度对沥青路面的疲劳损伤规律影响分析研究。比较了几种不同试验方法得到的沥青混合料模量之间关系，提出了疲劳等效的轴载换算公式与温度的疲劳当量，建立了基于沥青层疲劳的路面设计体系框架。本文得到的研究成果深层次揭示了沥青路面疲劳损伤的规律，为以沥青层层底拉应变作为控制指标的路面疲劳设计方法体系的建立奠定基础。
作者：	陈少幸
专业：	结构工程
导师：	张肖宁
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文