【博士】沥青路面动态弯沉及反算模量的温度修正研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：港口海岸及近海工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：大连理工大学　　学位年度： 2009年　　众所周知，沥青混合料是一种感温性材料，其刚度和强度随着温度的变化而有较大的差异。路面动态弯沉作为沥青路面检测及设计的重要参考指数是路面整体强度的反映，因此常规弯沉测试结果需根据研究及应用的需要修正到标准温度或其它代表温度下的弯沉值。同理，反算模量也需要修正到标准温度下的模量值。目前沥青路面弯沉及反算模量的温度修正关系多数建立在有限数据或早期弯沉检测设备(如贝克曼梁)所测弯沉数据之上，尤其是我国尚未建立基于落锤式弯沉仪(FWD)的沥青路面动态弯沉及反算模量的温度修正关系，急需开展该方面的研究。　　对沥青路面动态弯沉及反算模量进行温度修正研究首先要解决沥青路面温度的确定问题。由于沥青路面暴露在自然界中，时刻经受自然条件尤其是气温的影响，导致沥青路面温度场的分布较为复杂，所以对沥青路面温度场进行研究并建立其基于气温的预估模型是进行沥青路面动态弯沉及反算模量温度修正的前提。　　因此本文在对沥青路面温度场进行长期观测试验以及数值模拟研究的基础上，分别通过实验和有限元模拟方法研究了不同厚度沥青路面动态弯沉及其反算模量与路面温度间的对应关系，最后建立了我国基于FWD的沥青路面动态弯沉及其反算模量的温度修正关系。本文主要做了以下工作：　　(1)沥青路面温度场数值模拟研究　　利用建立的沥青路面温度场有限元模型对沥青路面温度场的分布规律进行了研究，通过将计算结果与实测温度场数据进行对比与分析，验证了模型的有效性。　　(2)沥青路面温度场长期观测试验研究　　对运营中的沥青道路温度场及周边环境进行长期观测，在此基础上研究了沥青路面温度场及其与气温之间的相关关系。考虑到气温升温阶段和降温阶段对沥青路面温度影响的差异，分别利用两个正弦函数模拟气温的升温和降温阶段，最后建立基于气温的沥青路面温度预估模型。　　(3)基于FWD的沥青路面动态弯沉的温度修正研究　　利用落锤式弯沉仪(刑D)对不同厚度沥青路面进行周期一年的弯沉测试实验，同时对沥青路面结构层温度进行实时观测，研究了沥青路面动态弯沉(最大弯沉值、弯沉盆面积因子Area、F-1形状系数、以及弯沉差因子(Delta2))与路面温度间的关系，进而建立了其温度修正公式。　　(4)基于FWD的沥青路面反算模量及其温度修正研究　　在实测沥青路面弯沉盆数据的基础上，利用系统识别原理反算沥青路面模量，研究了沥青路面模量与沥青路面温度的关系，进而建立了其温度修正关系。　　(5)FWD作用下沥青路面动态弯沉有限元分析及其与温度场耦合研究　　建立了沥青路面三维有限元模型，在此基础上分别分析了面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量、土基强度以及加载时间对FWD作用下沥青路面动态弯沉的影响。　　在考虑沥青路面材料参数如路面模量、温缩系数和泊松比等与温度之间函数关系的前提下，建立了沥青路面三维热一结构耦合有限元模型，在此基础之上分析了沥青路面结构及材料参数对路面弯沉温度修正的影响，最后建立了不同厚度沥青路面动态弯沉的温度修正关系，通过比较发现通过有限元模型建立的温度修正关系与实验结果吻合较好。　　

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