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原文传递橡胶沥青透水应力吸收层力学特性与路面结构组合优化研究

论文题名：	橡胶沥青透水应力吸收层力学特性与路面结构组合优化研究
关键词：	橡胶沥青;透水应力吸收层;反射裂缝;LSPM试验;路面结构优化;光纤光栅传感器
摘要：	由于半刚性基层的干缩和温缩特性，基层在铺设及养护过程中会产生开裂，开裂的路面结构在车轮荷载和温度荷载的作用下，会在裂缝处产生应力集中现象，使得沥青面层底部应力过大，从而产生反射裂缝，最终会导致整个面沥青层开裂，影响路面的整体性；另一方面，水分会通过裂缝进入基层、底基层，甚至路基内部，从而降低路面结构的强度，产生路面早期破坏。为了防止反射裂缝的产生，山东省的一些高速公路已经开始在半刚性基层上部铺筑一层大粒径透水性沥青混合料（Large Stone Porous Asphalt Mixes，LSPM），利用LSPM自身的大孔隙结构和良好的变形能力，作为路面结构的应力吸收层来减小半刚性基层裂缝处的应力集中，从而降低沥青面层层底应力。橡胶沥青具有良好的弹性恢复能力、黏附性和低温抗裂能力，将橡胶沥青用作LSPM的胶结料，设计橡胶沥青透水应力吸收层（Permeable Stress—absorbing Layer，PSAL），会进一步提高柔性基层的应力吸收能力。通过室内汉堡车辙试验、低温劈裂试验、浸水马歇尔试验、疲劳试验以及动态模量试验，并与某沥青LSPM进行对比，说明橡胶沥青LSPM在高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性和抗疲劳性能方面具有独特的优势，特别是橡胶沥青LSPM的模量更小，变形能力更强，能更好的起到应力吸收作用。本课题依托海阳——即墨高速公路，铺筑橡胶沥青LSPM试验路段，并在该层底部埋设光栅光纤传感器对层底应变进行检测，进一步说明橡胶沥青LSPM基层的应力吸收机理。通过有限元软件ANSYS对半刚性基层开裂的LSPM基层沥青路面结构和未加LSPM基层的路面结构，在车轮荷载、温度荷载和耦合场荷载作用下路面结构应力进行了分析，计算结果表明，LSPM基层通过自身的变形能力可以显著减小面层底部的应力，同时由于该层结构具有一定的厚度，可以减小温度荷载对基层的作用，减小半刚性基层的应力。用BISAR3．0对路面结构进行分析，说明在不减弱路面结构性能的前提下，可以适当减小LSPM基层的厚度，可以在一定程度上降低路面造价。为了更好的减少沥青面层的反射裂缝，充分利用LSPM基层和改性沥青应力吸收层各自的优点，提出了一种10cmLSPM基层+2cm改性沥青应力吸收层的新型路面结构。用LSPM基层底部埋设的光栅光纤传感器进行检测，说明在不同季节，不同温度条件下基层底部应变存在差别，高温较大，低温较小，这与理论计算结果相符；LSPM基层的模量也会对应变有影响，模量越大，应变越大，这与理论计算结果吻合。通过对橡胶沥青LSPM进行路面性能试验、理论分析计算、检测数据分析和路面结构优化，说明橡胶沥青LSPM基层能起到很好的应力吸收作用，在反射裂缝方面具有独特的优势，完全可以作为一种良好的路面结构层进行推广应用。
作者：	周磊生
专业：	道路与铁道工程
导师：	商庆森
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文