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原文传递基于平整度的沥青路面使用寿命预估研究

论文题名：	基于平整度的沥青路面使用寿命预估研究
关键词：	沥青路面;使用寿命;永久变形;动荷载;加载试验
摘要：	路面不平度是车辆产生动载的主要原因。车辆接受路面的不平度激励，产生不同于静载的动态荷载，并以这种变化的荷载作用于路面上，使路面产生相应的响应，加速路面平整度的衰减，平整度变差又将使得车轮对路面产生的附加动荷载增大，因此路面不平度与汽车动荷载之间存在耦合作用。本文正是基于这种耦合关系，从能综合反映路面使用性能的平整度参数出发，通过室内试验、理论分析和模型计算，研究不平整路面引起的动荷载作用及考虑动荷载作用的高等级公路沥青路面平整度的变化规律;计算在不同使用时间路面各点的动荷载和永久变形，由此确定路面在不同使用期的平整度;参照路面使用期末的临界平整度状态或永久变形极限值，确定路面的剩余使用寿命，为路面的运营管理和优化决策提供依据。主要研究成果如下: 　　(1)根据M.W.Sayers理论和路面不平度实测结果，建立了模拟路面不平度的正弦波路面模型;推导了路面不平度时间域与空间域、幅值域与频率域间转化关系，建立了路面功率谱与路面状态参数（波长和幅值）、路面功率谱与标准差间的关系函数，揭示了“速度v是联系路面不平度空间域与时间域关系的重要参量”和“路面不平度的标准差与路面状态参数间存在着定量关系”。　　(2)建立了车辆-不平度路面耦合系统模型，对路面不平度引起的车辆动荷载进行了分析和求解，系统研究了路面状态参数（波长和幅值）、速度、载重及胎压等因素对车辆动荷载的影响规律。结果表明，车辆动荷载随着路面波形幅值的增加而增大，与不平整路面的波长和汽车行驶速度的耦合作用相关;空车动载对路面的破坏作用不容忽视;轮胎气压的超高也会导致路面损伤的加剧。　　(3)建立了基于修正Burgers模型的能反映路面受车辆重复荷载效应的沥青混合料本构模型;提出了采用三轴重复加载蠕变试验来研究沥青混合料高温抗变形能力的试验方法，推荐了完整的试件制备方法、试验设备要求以及试验边界条件、温度条件和荷载条件等试验参数，并通过室内试验系统研究了偏应力水平及温度条件对沥青混合料流变规律的影响。　　(4)采用Levenberg-Marguardt非线性最小二乘法和样条插值对三轴重复加载永久变形试验结果进行了插值和拟合，得到了高精度的回归结果，建立了不同工况下分片“循环次数-偏应力-永久变形量”三维曲面，实现了因试验数据不足而对其余试验条件下永久变形规律的预测。　　(5)提出了基于叠加原理的，考虑车辆荷载、路面材料特性及温度条件等因素的沥青路面永久变形预估方法，并给出了力学分析与永久变形模型相结合的沥青路面永久变形预估流程及步骤，可为今后沥青路面永久变形预估方面的研究及沥青路面的设计提供参考。　　(6)建立了基于平整度指标进行沥青路面使用性能及剩余使用寿命预估的新方法。以綦江-万盛高速公路K15～K6路段为例，计算了不平整路面引起的行车动荷载及考虑动荷载作用的路面结构层内各亚层的偏应力值，同时考虑三轴重复加载试验不同试验条件下沥青混合料的材料特性，分析了年各代表温度区间内的标准轴载作用次数，最终建立了綦江-万盛高速公路沥青路面的平整度预测及寿命预估模型，较为准确地预测了沥青混凝土路面剩余使用寿命，可为路面管理的科学决策提供依据。
作者：	秦旻
专业：	道路与铁道工程
导师：	梁乃兴
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文