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原文传递 永久性路面半刚性基层疲劳特性分析与研究
论文题名: 永久性路面半刚性基层疲劳特性分析与研究
关键词: 永久性沥青路面;半刚性基层;疲劳特性;力学性能
摘要: 半刚性基层沥青路面是我国应用最多的路面结构,具有板体性强、造价低、强度高等优势。随着我国经济飞速发展,交通量日益增大,超载问题日益加剧,路面遭到严重的结构性损害,降低了使用寿命。因此永久性路面设计理念逐渐被关注,其目的是为了提高道路使用寿命,同时减小总经济投入。路面不发生结构性破坏的关键是控制基层层底拉应力,而基层层底拉应力与基层材料的力学与疲劳性能紧密相关。为了研究永久性路面的疲劳性能,本文依托河北省交通厅科技项目“半刚性基层永久性沥青路面可靠度分析与评价”,基于京德高速公路永久性沥青路面,采用实际路面水泥稳定碎石基层的原材料、级配、水泥剂量等,选用单因素试验的方法,对水泥稳定碎石材料的力学与疲劳性能展开了研究。
  (1)对不同因素对水泥稳定碎石材料的力学性能进行试验,研究结果表明:水泥稳定碎石材料的弯拉强度与劈裂强度随水泥剂量、压实度、龄期的影响趋势基本相同,均随该三项因素的增大而增大。但弯拉强度、劈裂强度随水泥剂量和压实度的增大呈线性增大趋势。而弯拉与劈裂强度随龄期的增大呈对数增加趋势,在养生龄期前 28d 时,水泥稳定碎石材料的弯拉与劈裂强度增长较快,在 28d 后增长速率大大降低并逐渐趋于平缓。因此在实际施工中,应当在水泥稳定碎石基层铺筑后的28d内注意对其的保护。
  (2)对不同冻融循环次数的水泥稳定碎石材料的冻融抗压强度进行测试,结果表明:冻融循环对材料的抗压强度起削减作用,且冻融循环次数越多,抗压强度越低。同时,随着冻融循环次数的增加,水泥稳定碎石材料的抗压强度变化幅度逐渐降低。冻融循环前抗压强度较高的材料在冻融循环后的抗压强度变化量要明显低于冻融前抗压强度较低的材料的抗压强度变化量,因此,冻融循环对于抗压强度本身较高的材料的抗压强度削弱程度更高。
  (3)对不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料的疲劳性能进行了研究,并利用电镜扫描对材料的疲劳性能进行了分析,结果表明:材料的疲劳寿命随水泥剂量的增大而逐渐增大。建立并修正了水泥稳定碎石材料的疲劳方程。微观角度下,相对于水泥剂量较高的水泥稳定碎石材料,低水泥剂量的材料的界面过渡区更加松散, ITZ中的水泥水化产物较少。而在疲劳破坏后,由于重复荷载的作用,材料内部不断发生损伤,低水泥剂量的水泥稳定碎石材料的ITZ更加松散,空隙较多,因此其抵抗弯拉、劈裂的能力低于较高水泥剂量的材料,抵抗重复荷载的能力较低,疲劳寿命也就相对较低。
  (4)建立了京德高速公路路面结构动力响应三维有限元模型,得到半刚性层底不同位置的应力,对半刚性的疲劳寿命进行了预估:上基层疲劳寿命为 3.60× 1011次,下基层疲劳寿命为6.46×1010次,底基层疲劳寿命为1.53×1010次。
  本文的研究成果为今后对永久性沥青路面半刚性基层的研究提供了依据和参考。
作者: 郭烽
专业: 交通运输工程
导师: 何兆益
授予学位: 硕士
授予学位单位: 重庆交通大学
学位年度: 2023
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