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基于动态弯沉反演的既有高速公路路面结构性能评价研究
| 论文题名： | 基于动态弯沉反演的既有高速公路路面结构性能评价研究 |
| 关键词： | 高速公路;路面结构;性能评价;FWD动态弯沉;BP神经网络 |
| 摘要： | 旧路结构性能的准确评价及处治利用策略的合理制定是保证既有高速公路改扩建工程使用性能以及科学利用公路建设资金的重要基础。目前旧路结构性能评价存在诸多不足，以江苏省为例，主要表现为破坏性检测效率不高、现有结构性能指标缺乏区分度、根据单项表观病害指标制定旧路处治利用方案误差较大等。因此有必要进一步结合无损检测指标制定适当的旧路结构性能评价方法。 FWD无损检测弯沉作为最具代表性的路面结构性能评价指标，直接利用弯沉盆构建评价指标受现场测试条件以及路面结构类型的差异等限制导致难以形成通用标准。借助弯沉反演结构层模量可以为路面建模多指标分析提供输入参数，使其能够适用于不同的工况条件。因此本文在调研国内外道路弯沉结构性能评价方法的基础上，为了解决目前弯沉反演存在的动态信息利用不足及沥青混合料粘弹性材料特性研究不全面等问题。（1）通过复合结构分层动态模量试验获取既有路面各结构层动态模量等试验参数，借助基于广义Maxwell模型的沥青混合料粘弹性参数转化方法将试验参数转化为适用于有限元输入的粘弹性参数及时温等效参数。（2）建立动力学粘弹性温度场耦合分析路面有限元数值模型，对不同分析条件及工况条件进行对比研究。（3）搭建BP神经网络反算模型，在反算输入参数中增加路表温度及弯沉时程曲线微分面积作为附加特征向量，进一步考虑FWD的动态效应及温度-粘弹性耦合作用对弯沉响应的影响。（4）以江苏省某高速改扩建工程现场实测段为项目依托，借助反演模量对路面结构性能进行评价。 主要的结论包括：（1）动力学粘弹性-温度场耦合分析路面数值模型能模拟现场复杂温度条件下的路面结构力学响应，当考虑温度边界条件及沥青混合料粘弹性材料特性的耦合作用时，荷载中心弯沉受温度影响较大。（3）以动力学粘弹性-温度场耦合分析路面数值模型为正算手段，引入弯沉时程曲线微分面积A1及路表温度T的BP神经网络反算模型能够较好的考虑FWD弯沉的动态效应以及沥青混合料的粘温材料特性。测试集真实模量与反算模型预测模量的平均变异系数不超过12%，具有良好的反演精度；经过反演模量计算的理论弯沉与现场实测弯沉的相关性达到0.95，变异系数为8%，反算模拟能有效还原实际路面力学响应。（4）基于反算模量改进的既有路面结构验算方法表明江苏省某高速改扩建工程现场实测段沥青层、半刚性基层疲劳开裂验算及路基顶面竖向压应变均满足设计要求，现场实测段在改扩建旧路处治时仅需进行重点病害修复及功能性修复，无需进行结构性补强。 |
| 作者： | 孙应钦 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 张磊;胡光伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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