吉林长寿命沥青路面动力响应分析及性能预估

发布时间：2019-11-14 05:08

【摘要】：沥青路面由于长期暴露于高低温交替、冻融循环、雨水冲刷、紫外线辐射等恶劣环境条件下，加之车辆荷载的反复作用，导致其易产生车辙、裂缝、推移、拥包、沉陷等损害。而随着交通量日益增加，车辆载重逐渐增大，使得沥青路面早期损坏严重，路面使用性能大大降低，使用寿命缩短。因此，获取荷载与环境作用下沥青路面结构响应状况成为目前道路领域的研究热点。常见的沥青路面结构响应分析方法有理论分析法、数值模拟法和实测分析法。然而前两种研究手段由于计算过程较为复杂、部分参数难以获取，给相应研究造成诸多不便，且由于缺少实测数据的支持，分析结果的真实性和有效性无从验证。而实测分析手段有效弥补了上述缺陷，使得分析过程更加简便，研究结果更加准确。针对上述问题，本研究在沥青路面结构内部布设传感器以采集沥青路面动力响应数据，重点对沥青路面动力响应规律的分析及性能预估模型的建立进行研究。首先，设计光纤光栅传感器布设方案并进行现场实施，建立沥青路面结构信息监测系统，以实现沥青路面动力响应远程、实时、在线监测及数据长期、高频、连续采集；并针对实测数据，提出海量数据的批量处理与分析方法，基于MATLAB平台编写了沥青路面结构响应数据批量处理与分析程序，实现对海量原始数据的快速、自动过滤和筛选，提取动力响应峰值和响应时间等关键信息。其次，对车辆轴载作用下沥青路面动力响应特征及分布规律进行分析。实测典型车辆荷载作用下沥青路面动力响应的时程变化规律及空间分布特征，对比分析不同车速、轴重、温度等工况下的沥青路面动力响应。对车辆荷载作用下，沥青路面结构三向应力、应变响应的统计分布规律进行研究，对比4个路面结构响应分布，以评价其使用性能。研究沥青路面应力、应变响应与车辆轴重、速度、路面温度、沥青层厚度、模量等参数之间的关系，建立沥青路面车辆荷载响应预估模型。再次，对FWD荷载作用下沥青路面响应进行研究。设计并实施现场FWD荷载测试试验，对比不同路面结构在不同温度、不同荷载作用下路表弯沉值的大小，并根据弯沉值反算各路面结构在不同温度下的模量。分析FWD荷载作用下，路面结构动力响应特性和分布规律，研究路面内部动力响应与路表弯沉之间的关系，，并建立沥青路面FWD荷载响应预估模型。而后，对沥青路面温度场的分布及预测进行研究。根据实测路面温度，分析不同季节沥青路面温度随时间的变化规律及空间分布特征，并对一年内路面温度数据进行统计分析，获取了沥青路面日、月最高、最低及平均温度的分布规律。基于吉林地区沥青路面温度实测数据与气象资料，验证已有温度预估模型的适用性，选用合适模型进行修正，并采用实测数据进行回归分析，建立适用于吉林地区的沥青路面温度场预估模型。最后，对沥青路面车辙性能及疲劳寿命预测进行研究。基于现场实测数据及实验室内材料参数试验，建立长寿命沥青路面车辙预估模型和疲劳开裂预估模型，并对试验路车辙和疲劳性能进行预估，获取了4个路面结构在荷载作用下的车辙深度及疲劳寿命预测值。本文重点对光纤光栅传感器实测数据的处理和分析方法进行研究，获取了沥青路面动力响应特征和温度场分布特征，并建立沥青路面响应预估模型和性能预估模型，具有较高的工程应用价值和参考性。
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,沥青路面车辙

法性能预估模型选取参数，并基于实测响应数据及室内材料试验参数建立沥青路面车辙和疲劳开裂预估模型，对沥青路面车辙性能及疲劳寿命进行预估。图1-1 研究技术路线图

感器,光纤光栅,应变传感器,沥青层

a) 水平向应变传感器 b) 竖向应变传感器c) 温度传感器 d) 土压力计图2-1 光纤光栅类传感器根据 4 个路面结构组合形式，设计各路面结构测试断面传感器布设方案，传感器布设位置平面图及横断面图分布如图 2-2和图 2-3所示。具体埋设方案为：纵向应变传感器 8 个，其中 6 个位于沥青层底部，分两行对称布置于左侧轮迹带中心线两侧，另外 2 个沿轮迹带布置于 ATB-25 沥青层底；横向应变传感器布设方案与纵向应变传感器相同，在沥青层底部形成 3×4 水平向应变传感器阵列；竖向应变传感器 5 个，其中 2 个沿轮迹带前后布置于基层顶部，另
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U416.217

【参考文献】