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原文传递聚酯纤维沥青混凝土的静动态性能研究

论文题名：	聚酯纤维沥青混凝土的静动态性能研究
关键词：	聚酯纤维沥青混凝土;粘弹性;韧性;疲劳性能;纤维掺量;动荷载
摘要：	伴随着我国公路建设事业快速发展的同时，路面结构的耐久性问题也日益突出。聚酯纤维沥青混凝土作为一种新型路面材料，可以有效的提高路面综合路用性能，延长路面的使用寿命。深入探讨纤维沥青混凝土静、动态性能以及工程适用性，对纤维沥青混凝土在路面工程中的广泛应用是十分重要的。本文首先从静态抗压回弹模量的试验研究入手，得到纤维沥青混凝土的静态模量，同时对静态回弹模量取值的合理性和纤维作用机理进行了分析，并以此为基础，进一步研究动态荷载作用下的纤维沥青混凝土的动态模量，给出静、动态模量关系。结果分析表明，适量的加入纤维会改善沥青混凝土的回弹模量等力学参数，从而有效地增强其路用性能，并且依据抗压强度和静、动态回弹模量随纤维掺量的变化规律，确定纤维的合理掺量为0.20﹪-0.25﹪。第二，根据单轴静压蠕变试验分析了纤维沥青混凝土的蠕变特性与纤维掺量的关系。试验结果表明，在沥青混凝土中掺加纤维，改善了沥青混凝土的蠕变性能，随着纤维掺量的增加，蠕变变形表现出先减小，后增大的变化规律，与普通沥青混凝土是一致的。在此基础上，应用粘弹性本构模型探讨了纤维沥青混凝土的粘弹性特征，提出了计入纤维掺量的“四单元、五参数”粘弹性本构方程，并应用该方程计算了蠕变加载过程，其结果与试验结果取得较好的一致性，同时应用该方程分析了纤维掺量对应变率的影响，根据试验和分析结果给出合理纤维掺量约为0．20﹪。第三，对纤维沥青混凝土进行劈裂试验研究，应用无量纲的韧性指数评价纤维沥青混凝土的抗裂性能。研究结果发现，纤维的加入没有显著增大沥青混凝土的劈裂强度，但其韧性得到明显的改善，反映出材料的阻裂性能得以增强。再则，对纤维沥青混凝土进行劈裂疲劳试验研究，分析纤维掺量对疲劳寿命的影响，讨论了动态劈裂回弹模量与疲劳寿命以及通过疲劳试验确定的瞬时回弹模量之间的关系。结果表明，纤维的加入提高了沥青混凝土的疲劳寿命，动态劈裂回弹模量和纤维掺量是影响疲劳寿命的重要因素。根据静、动态劈裂试验和劈裂疲劳试验的结果与纤维掺量的关系，给出了纤维的合理掺量约为0．20﹪。第四，应用复合材料理论，结合试验研究，探讨了纤维沥青混凝土的宏观劲度模量预测方法。应用G．P．Tandon和Y．H．Zhao提出的纤维增强复合材料的等效模量公式，计算了具有不同纤维掺量的沥青混凝土在不同温度状态下的等效劲度模量，对计算结果与劈裂试验结果进行了比较和误差分析。从温度、纤维掺量和纤维性状三个方面分析误差产生的原因，其中温度为主要影响因素，而纤维本身的性能对结果误差基本没有影响，根据误差分析结果提出计入温度影响的纤维沥青混凝土等效模量公式，通过修正公式计算得到的结果与试验结果取得较好的一致性。第五，基于层状弹性理论，采用有限元方法分析静荷载作用下纤维沥青混凝土路面结构响应，探讨了纤维沥青混凝土的回弹模量、不同道路等级下的纤维沥青混凝土层的位置和厚度、基层厚度和轴载变化对不同纤维沥青路面结构计算特征点的弯沉、基层和底基层的层底拉应力影响。在上述分析基础上，给出纤维沥青混凝土路面结构的合理设计。最后，基于层状弹性理论，采用有限元方法分析动荷载对纤维沥青混凝土路面结构的影响，探讨了荷载作用时间、路面结构的阻尼比、沥青混凝土的温度、纤维沥青混凝土的动态模量、土基模量和不同的荷载激励对路面结构特征计算点的铅直位移影响规律。另外，基于粘弹性理论，采用有限元方法分析了动荷载作用下不同纤维沥青混凝土路面结构响应特征，给出了卸载后不同纤维沥青路面特征点的铅直位移响应规律。
作者：	郭乃胜
专业：	道路与铁道工程
导师：	赵颖华
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文