基于HVS加速加载柔性基层沥青路面疲劳性能研究

发布时间：2020-06-01 05:45

【摘要】：疲劳破坏是我国沥青路面损坏的主要形式之一,也是沥青路面设计时的重要考虑因素。沥青路面发生疲劳破坏时,不仅会影响行车舒适性,严重时还会造成潜在的安全隐患。因此,为了延长路面的使用性及耐久性,研究其在特定环境与荷载下的疲劳损伤机理、建立相应的疲劳预估模型具有十分重要的意义。本文源于交通运输部西部交通科技项目(20113187721260),依据内蒙古西北部材料及环境等特点,铺筑了四种柔性基层沥青路面试验路,采用HVS加速加载试验进行路面疲劳性能研究。通过在试验路中埋设力学动态监测设备,系统分析了路面结构力学响应特征,探究了柔性基层沥青路面疲劳损伤规律,明确了沥青路面疲劳破坏的力学行为。在此基础上,归纳总结沥青路面疲劳性能主要影响因素,创新性地引入六参数三系数的影响参量,构建了柔性基层沥青路面疲劳预估模型,计算了沥青路面疲劳寿命。主要研究内容及成果如下:(1)通过实时分析加速加载期间各路面结构沥青层层底拉应变动态响应特征可知,适宜地增大基层模量可提升路面结构整体承载力,不仅能减小沥青面层层底拉应变,而且有助于降低沥青路面发生疲劳破坏的可能性。当沥青路面发生疲劳破坏时,沥青层层底拉应变增大约为初始值的2.2倍。(2)路基顶面竖向压应力与轴载之间为指数形式的变化关系,在四种沥青路面结构中,结构C的应力轴载敏感系数最大,约为其余路面结构的3.1倍。当沥青路面发生疲劳破坏时,路基顶部压应力突变为初始值的1.3倍左右。针对易发生疲劳破坏的沥青路面结构,应采用提高其路基压实度的方法,以提升路面结构的整体承载力,进而降低路基顶面承受的土压力。(3)运用落锤式弯沉仪(FWD)实测加载期间沥青层模量的演变规律,确定出演变规律主要可分为三个阶段,即初期模量增长期、中期模量加速衰变期、后期模量稳定衰变期,三阶段分别占总过程的5%、20%及58%,当沥青路面发生疲劳破坏时,沥青层模量衰减至初始值35%左右。(4)基于力学—内因—外因的核心思想,采用加载模式系数、沥青层层底拉应变、动态模量、空隙率、沥青用量及温度的疲劳影响因子,结合荷载间歇次数、不利季节天数及横向分布系数构建了柔性基层沥青路面疲劳预估模型。预估了四种沥青路面结构的疲劳寿命在1600~2400万次之间,推荐了路面结构的抗疲劳优劣性依次为:路面结构D路面结构B路面结构A路面结构C。
【图文】：

常见裂缝,沥青路面,形式

（c）网状裂缝（d）龟裂图 1.1 沥青路面常见裂缝形式沥青路面疲劳破坏是指材料在重复荷载作用下产生累积损伤，导致裂缝及缝扩展，，最后直至破坏的现象[5]，同时疲劳开裂也是沥青路面的主要病害之一。此，研究沥青路面在特定交通与环境条件下的疲劳性能非常重要，这项工作一受到各国道路工作者的重视。为了保证沥青路面良好的使用性以及耐久性，世各国沥青路面设计方法中普遍选用路面的疲劳性能作为基本设计原则，而疲劳能研究是一项长期复杂的基础性科研项目，限于对试验方法和认识的局限性，

加载设备

西安建筑科技大学硕士学位论文壳牌公司的 Thioapave 产品用作下面层和基层的试验段[45]。（2）国内沥青路面加速加载试验研究进展1987 年，我国从澳大利亚引进加速加载设备，于 1990 年投入路面试验研究，并修筑了 11 种不同类型的沥青路面结构来开展材料参数和施工工艺研究。我国长安大学在该试验方面的研究较为领先，目前有三种加速加载设备如图 1.2 所示，分别为自制环道加速加载设备、MMLS 小型加速加载设备以及直线型 HVS 加速加载设备。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.217

【参考文献】