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原文传递机场道面沥青加铺层轮辙与反射裂缝行为及修复优化研究

论文题名：	机场道面沥青加铺层轮辙与反射裂缝行为及修复优化研究
关键词：	机场道面;沥青加铺层;反射裂缝行为;轮辙病害;病害修复
摘要：	我国机场道面以水泥混凝土为主，使用中后期在旧水泥混凝土板加铺沥青层形成复合式道面作为一种常见的修复方案能有效延长使用寿命，但随之会出现新的病害。针对复合式机场道面主要病害的修复，虽然目前关于轮辙和裂缝类病害研究较多，但针对机场道面加铺层缺乏系统性研究。因此本文基于数值模拟，确定病害的主要影响因素，分析其受力特性，对影响因素进行分析，继而对修复方式进行优化研究。　　首先本文对病害进行了调研分析，结果表明机场道面加铺层主要病害为轮辙和裂缝，其中轮辙以剪切型轮辙为主，裂缝以反射裂缝为主。以首都机场为例，对起降机型进行了统计，并基于FAA数据对不同机型接地特性进行了简化。　　其次，本文以首都机场为例，调研了气象数据，建立了高温月份机场温度场模型。高温度区域主要出现在上面层，其中最高温度达到47.2摄氏度。基于温度场数据和机型调研结果，针对轮辙病害，分别对温度和荷载进行分析，结果表明，轮辙受温度影响程度远大于荷载影响程度。　　再者，以738机型作为设计机型，进行了基于轮辙病害的轮载换算；基于FAA通行覆盖率概念和不同机型的轮轴空间分布特性，根据统计数据确定了机场道面的最大通行覆盖率位置为距离中心线4.7米处，最大等效轮载通行比率为0.538。将机场道面、温度场和轮载进行耦合，综合起落时间分布、轮载换算结果和内聚力模型的层间接触状态，建立了基于多因素考量的机场道面有限元模型。　　随后，针对轮辙病害修复，分析了受力特性，对不同因素和结构组合进行了参数敏感性分析和优化研究。主要结论和优化建议如下：在材料方面，通过提高沥青层模量，使用环氧沥青混凝土，采用局部修复时保证粘结强度不低于0.35MPa均能提高修复质量；在结构方面，通过适当降低沥青层总厚度、或者提高SMA层厚度并减少AC层厚度，同时将抗轮辙性能更好的材料设置于上面层可以有效提升整体结构的抗轮辙性能。　　最后，针对裂缝病害，对修复方式进行了研究，分析了开槽修复方式的优越性。建立了含裂缝、传力杆的精细化三维有限元模型。分别对正荷载和偏荷载作用下裂缝尖端的受力情况进行了分析，结果表明其主要破坏模式为剪切开裂，且纵缝处反射裂缝修复较横向接缝处更为不利。以剪应力、应力强度因子、界面失效率等指标对开槽修复中材料模量、界面粘结强度、开槽结构中的宽度、深度、角度以及宽度比等进行了敏感性分析，建议开槽修复界面的粘结强度不低于0.3MPa，开槽深度不宜超过3cm，宽深比应落在0.8-2之间。　　本文以轮辙和反射裂缝为研究对象，以有限元数值分析为基础，结合CZM内聚力理论、温度场理论、蠕变理论、断裂力学等综合分析，对病害行为进行了分析，继而对修复优化方式进行了系统的研究，为病害修复提供了参考建议。
作者：	程翻番
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	张磊;洪锦祥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022