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原文传递沥青路面温度应力及超孔隙水压力计算

论文题名：	沥青路面温度应力及超孔隙水压力计算
关键词：	沥青路面;温度应力;光纤光栅传感技术;低温开裂预估;超孔隙水压力
摘要：	除了行车荷载之外，温度和湿度等环境因素对沥青路面的使用性能也有着重要的影响。其中，温度因素的影响尤为重要，原因在于它直接影响路面结构的承载力，引起的低温开裂不但会涉及到高额的维修费用，还会导致和加速路面结构的其它破坏形式，例如，水分通过裂缝渗入后，会造成沥青膜的剥离、基层和土基承载力的降低和丧失等。因此，根据沥青路面的实际情况，深入分析路面结构温度应力的变化规律，及其与各种影响因素之间的关系，以提高沥青路面的使用性能有着重要的实际工程意义。在过去40多年中，关于沥青路面温度应力问题的研究取得了极大的进展，但仍然存在不足之处。目前沥青路面温度应力的理论研究主要基于层状弹性理论体系，在计算和求解过程中，通常忽略温度对沥青路面材料特性的影响，而将材料特性假定为固定常数。实际上，沥青混合料是一种感温性材料，温度变化时，混合料的弹性模量、温度收缩系数以及泊松比均会发生变化。将材料特性视为固定常数的假定虽然带来了计算上的简便，但也导致了计算结果与沥青路面的实际情况不符，因而限制了计算结果的实际应用。论文将沥青混合料的材料特性作为随温度变化的函数，分别利用传递矩阵方法和刚度矩阵方法推导了沥青路面温度应力问题的解析解，并对沥青路面温度应力的影响因素、低温开裂预估以及光纤光栅传感技术在沥青路面实测工作中的应用等问题进行了研究。此外，还利用刚度矩阵方法，推导了沥青路面超孔隙水压力问题的解析解。主要工作内容如下： (1)以热弹性理论为基础，并将沥青路面的材料特性作为温度的函数，利用传递矩阵法以及Laplace和Hankel积分变换的数学方法，推导了层状弹性体系温度应力问题的解析解。分析了温度变化条件下，沥青路面温度场和沥青层材料特性的变化规律，以及随温度变化的材料特性对温度应力的影响。由于在理论解的推导过程中考虑了温度变化对沥青混凝土材料特性的影响，温度应力的计算结果更为符合沥青路面的真实受力状态。 (2)利用刚度矩阵法推导了沥青路面温度应力问题的解析解，推导过程中考虑了温度变化对材料特性的影响，并将解析解分解为由外荷载引起和由温度荷载引起的两部分，使得状态向量表达式的意义更加明确。由于刚度矩阵的元素仅仅含有负指数项，所以计算时不会出现溢出或病态现象，进而可以克服传递矩阵法容易溢出的缺点。利用刚度矩阵法计算沥青路面温度力问题时非常稳定。基于计算实例，深入分析了沥青层随温度变化的弹性模量、温度收缩系数和泊松比对温度应力计算结果的影响。 (3)拟合了沥青混凝土的各种材料特性同温度之间的函数关系，并分析了沥青路面的温度应力与路面结构厚度、基层材料特性之间的关系，通过计算实例进行了低温开裂预估，预估结果与沥青路面的真实开裂温度比较接近，验证了本文理论计算模型的合理性。 (4)应用大连理工大学抗震研究所自行设计的光纤光栅传感器，将其组成分布式监测系统，对静载试验条件下沥青路面的应变进行了实时监测，同时对气温变化引起的路面结构温度和应变进行了数月的监测工作，并与理论计算结果进行了对比分析。验证了该光纤光栅传感系统用于沥青路面实测工作的可行性以及本文理论解的正确性。 (5)把浸水沥青路面视为多层饱和弹性半空间轴对称体，基于Biot固结方程，利用刚度矩阵法及Laplace和Hankel积分变换的数学方法，推导了沥青路面超孔隙水压力问题的解析解。并对一个浸水沥青路面的实例进行了计算，分析了超孔隙水压力随时间和深度的变化规律。
作者：	耿立涛
专业：	市政工程
导师：	钟阳
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文