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新疆寒冷地区耐久性沥青路面材料力学性能与数值仿真分析
| 论文题名： | 新疆寒冷地区耐久性沥青路面材料力学性能与数值仿真分析 |
| 关键词： | 沥青路面;寒冷地区;耐久性;应力松弛;低温性能 |
| 摘要： | 近年来，我国路网密度迅速上升，且以沥青路面为主，截至2021年底，我国公路总里程达528万公里。与此同时，在寒冷地区，沥青路面早期病害问题突出，降低了路面的使用寿命，增加了道路养护成本。本研究是以新疆寒冷地区为调研对象，开展相关研究，分析影响新疆沥青路面耐久性的因素，研究低温条件下，应力松弛能力与沥青路面耐久性的关系。 首先，对新疆南北疆寒冷地区的地理特征、气候特征、道路病害分布情况进行了调研。调研结果表明，南北疆地区基本属于寒冷地区范畴，北疆地区整体比南疆地区更加寒冷，具备一定的降水量。南北疆地区沥青路面裂缝病害均为主要病害，且都以横向裂缝病害为主，其中北疆地区的裂缝病害比例比南疆地区的高。 其次，分析组成沥青混合料的沥青、粗集料、细集料、砂、矿粉等原材料的作用，分析原材料性能与沥青混合料断裂形式的关系，总结寒冷地区耐久性沥青路面对原材料的性能需求，提出各原材料的性能控制指标，基于提出的关键指标，选择用于沥青混合料试验的原材料。 再次，确定本研究采用的级配有SMA-13、AC-16、AC-20，对制成的沥青混合料试件分别进行了冻断实验、冻融劈裂实验、低温小梁弯曲试验、四点小梁弯曲试验。根据冻断试验结果可得沥青混合料的应力松弛能力会减缓混合料的应力累积速度，延长累积应力达到材料破坏强度的时间。为了验证沥青混合料应力松弛作用对沥青混合料耐久性的影响，本文的低温小梁弯曲试验采用了0℃、-10℃、-20℃三个试验温度和30mm/min、40mm/min、50mm/min三种加载速率，弯曲疲劳试验温度选用-20℃、-10℃、0℃三种，试验结果表明应力松弛能力的削弱以及发挥应力松弛作用的时间减少，会使沥青混合料低温抗裂性能和抗疲劳性能有变差的趋势。 最后，运用粘弹性模型，拟合了温度应力的松弛过程与温度的关系，并进行了上面层材料考虑粘弹性的影响时，沥青路面力学响应的有限元分析。根据粘弹性模型拟合结果可知，温度越低，沥青混合料松弛能力所受抑制作用越强，且应力松弛能力的弱化速度是随着温度的降低而上升的。有限元分析的结果表明，在固定荷载条件下，应力松弛能力的强弱会影响青路面的应变累积情况，进而会影响路面抗疲劳性能。 |
| 作者： | 乔明鑫 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 杨三强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 新疆农业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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