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原文传递基于动载及沥青混合料粘弹性的柔性路面结构响应特征

论文题名：	基于动载及沥青混合料粘弹性的柔性路面结构响应特征
关键词：	柔性路面结构;沥青混合料;粘弹性参数;有限元分析
摘要：	目前，我国沥青路面设计方法一般采用基于多层弹性理论体系的静载分析方法，而沥青混合料是一种典型的粘弹性材料，且沥青路面在服役时主要承受车辆的移动荷载，这导致现行的路面设计指标值与路面实际受力情况存在差异，导致路面的使用寿命大大降低，本文基于室内足尺路面加速加载试验，研究动载作用下柔性基层沥青路面的结构响应特征，并建立考虑沥青混合料粘弹性的三维有限元模型，实现对加速加载试验的数值模拟，研究沥青混合料粘弹性对沥青路面结构响应的影响规律。　　首先，对柔性基层沥青路面进行室内足尺加速加载试验，总加载次数为100万次（白天连续加载4万次，晚上卸载），100万次加载后连续采集数据120天（观测期），采集加载期、卸载期、观测期过程中路面结构应力、应变及温度数据，探究动载作用下柔性基层沥青路面结构响应特征及加载结束后沥青路面粘弹性衰变规律。结果表明：　　室内路面结构层内温度取决于环境气温，单日内温度变化不明显。在动载作用下，级配碎石层竖向压应力随基层深度的增加而减小；100万次加载过程中，级配碎石层中上部压应力变化不显著；深度方向的中下部位的竖向压应力随加载次数呈增大趋势，其主要原因是级配碎石中下部压实度整体偏小，加速加载过程中二次压密导致的。动载作用下，沥青层层底纵向应变呈受压-受拉-受压的变化规律；随着加载次数的增加，沥青层层底拉应变增大，压应变减小，应变幅值减小，其主要原因是沥青层压实度不够，荷载作用下沥青层受到二次加密所导致。在连续荷载作用下沥青层层底产生累积应变，卸载后累积应变发生衰变；在40万次前累积应变逐渐增大；40万次后每天加载卸载作用下累积应变不再增加，沥青混合料进入弹性期。观测期累积应变持续衰变，在前30天时间内，沥青层层底应变呈白天增加、夜间减小的规律周期性变化，从第30天开始，应变主要取决于温度：温度上升，应变增加；温度下降，应变减小。　　其次，利用单轴压缩蠕变试验数据对表征沥青混合料粘弹性的本构模型进行参数拟合，结果表明：Burgers模型和修正的Burgers模型的拟合效果最好。最后，借助ABAQUS有限元软件建立三维柔性基层沥青路面加速加载模型，编写2种沥青混合料本构关系下的creep子程序，用于表征面层材料的粘弹性；编写DLOAD子程序施加循环动态荷载，实现对加速加载试验的数值模拟。通过加速加载试验数据验证有限元模型的合理性，并对模型进行受力计算，探究粘弹性参数对沥青路面蠕变的影响规律。结果表明：沥青层动态模量取E*=5690MPa，用修正Burgers模型表征沥青混合料的粘弹性时，模拟结果与实测结果吻合度最高。蠕变应变在受拉时产生，在动载作用下蠕变逐渐叠加；弹性模量参数E1、E2对蠕变应变无影响；蠕变应变随粘壶参数A、B以及黏度系数η2的增大而减小，A值和η2较小时对蠕变的影响更明显，蠕变应变与参数B呈线性关系变化。
作者：	阮庆松
专业：	交通运输工程
导师：	严秋荣;孔令云
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022