基于有限元法的級配碎石基層瀝青路面疲勞壽命預(yù)估.pdf

1、與傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面相比，級配碎石基層瀝青路面具有排水性好、行車舒適度提高的特點(diǎn)，可減小基層與面層的模量差，降低反射裂縫的出現(xiàn)幾率。然而，級配碎石屬于無粘結(jié)性材料，其力學(xué)強(qiáng)度主要依靠骨料之間的嵌擠，需要形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，并且在有側(cè)限條件下才能發(fā)揮較好的受力作用。本文通過試驗(yàn)及理論模擬研究，優(yōu)選級配碎石基層的級配類型和層間粘結(jié)類型，力求彌補(bǔ)級配碎石力學(xué)強(qiáng)度的不足，充分發(fā)揮其排水性能良好等優(yōu)點(diǎn)，使之在公路建設(shè)中得到更廣泛的應(yīng)用。通過靜

2、態(tài)CBR試驗(yàn)和回彈模量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)級配碎石具有最大干密度越大，對應(yīng)的CBR值越大，變形率相應(yīng)越小，回彈模量越大的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用Cooper氣動伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行動態(tài)CBR試驗(yàn)，測試應(yīng)變變化的相關(guān)系數(shù)以及蠕變模量值，變化率越小，蠕變模量值增加，力學(xué)性能越優(yōu)。
　　本研究運(yùn)用ABAQUS有限元軟件構(gòu)建模型，從上到下依次分為瀝青混合料面層、稀漿封層、透層油（乳化瀝青）、級配碎石、土基。為體現(xiàn)級配碎石的顆粒性及非均勻性特點(diǎn)，采用D-P模

3、型對其進(jìn)行定義;定義面層和稀漿封層為彈性材料。優(yōu)選三種基層級配，分別設(shè)置不同封層厚度條件，施加標(biāo)準(zhǔn)荷載和邊界條件，計算有限元模型，對豎向位移、軸向應(yīng)力和剪切應(yīng)力進(jìn)行對比分析。經(jīng)過試驗(yàn)研究和理論分析，改善級配碎石基層的力學(xué)性能有助于提高柔性基層瀝青混合料路面的強(qiáng)度和抗變形能力;使用粗顆粒較多的稀漿封層級配類型ES-3，并適當(dāng)增加封層厚度，有益于路面結(jié)構(gòu)層間粘結(jié)強(qiáng)度提高;級配類型、封層厚度兩個因素，級配類型影響較明顯。溫度是柔性基層瀝青路面

4、不可忽視的影響因素，經(jīng)過豎向位移和Mises應(yīng)力綜合分析，得出在荷載作用下，溫度在0～10℃范圍內(nèi)對路面結(jié)構(gòu)的影響最小。本文采用自制模具成型疲勞試驗(yàn)試件，以45°斜剪試驗(yàn)作為疲勞試驗(yàn)方法，結(jié)果表明疲勞行為與級配碎石基層類型及層間粘結(jié)情況有關(guān)，依據(jù)試驗(yàn)測出的疲勞作用次數(shù)，結(jié)合基層級配碎石回彈模量、封層厚度、沿著行車方向?qū)娱g應(yīng)力進(jìn)行疲勞壽命預(yù)估方程的擬合，得出建議性的疲勞壽命預(yù)估模型;同時，擬合結(jié)果具有保守性和延展性，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價值