瀝青路面車(chē)轍分析的非線(xiàn)性理論和方法.pdf

1、車(chē)轍是瀝青混凝土路面的破壞形式之一，它主要是由于瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)不合理、穩(wěn)定性差或由于基層及面層施工時(shí)壓密度不夠，使輪跡帶處的面層和基層材料在行車(chē)荷載反復(fù)作用下出現(xiàn)固結(jié)變形和側(cè)向剪切而產(chǎn)生的。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，研究瀝青混凝土路面的車(chē)轍問(wèn)題就顯得尤為重要。由于其研究涉及大量非線(xiàn)性固體力學(xué)理論而成為路面工程研究的難點(diǎn)之一。瀝青路面車(chē)轍的研究主要存在以下問(wèn)題：目前發(fā)展的非線(xiàn)性粘彈性理論仍不能很好地表現(xiàn)瀝青路面的車(chē)轍特性；

2、已做的實(shí)驗(yàn)還難以滿(mǎn)足對(duì)瀝青路面車(chē)轍分析的需要，特別是缺乏對(duì)瀝青路面車(chē)轍影響因素的系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究；數(shù)值方法研究方面，相應(yīng)的有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大差異；對(duì)瀝青路面車(chē)轍的預(yù)估，已有的預(yù)估方法多數(shù)是建立在應(yīng)變分析的基礎(chǔ)上，還缺乏基于材料性質(zhì)的直接預(yù)估方法；目前瀝青路面車(chē)轍的研究成果，還很少應(yīng)用到路面的設(shè)計(jì)。所以，在瀝青路面車(chē)轍研究方面還需要進(jìn)行大量的深入的研究工作。本文首先對(duì)瀝青路面產(chǎn)生車(chē)轍的機(jī)理和影響車(chē)轍的因素進(jìn)行了詳細(xì)研

3、究；對(duì)評(píng)價(jià)瀝青路面車(chē)轍的各種指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，指出了各種指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。根據(jù)瀝青路面永久變形的特性，本文提出了一種新的瀝青路面車(chē)轍分析的非線(xiàn)性粘彈—彈塑性模型的本構(gòu)關(guān)系。該模型是由廣義的Maxwell模型串聯(lián)一個(gè)彈塑性模型組成，可以體現(xiàn)瀝青混凝土材料的非線(xiàn)性彈性、塑性、粘彈性、非線(xiàn)性粘彈性對(duì)瀝青路面車(chē)轍的影響，可較為全面地反映瀝青路面永久變形的特性。對(duì)廣義的Maxwell模型從蠕變的角度詳細(xì)推導(dǎo)了其線(xiàn)性和非線(xiàn)性粘彈性本構(gòu)方程

4、。本文對(duì)現(xiàn)有的瀝青混凝土路面永久變形的各種實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和評(píng)述，提出了與上述本構(gòu)關(guān)系相對(duì)應(yīng)的材料常數(shù)的確定方法，結(jié)合SHRP的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了本文算例所采用的材料常數(shù)。本文推導(dǎo)了基于本文所建立的廣義的Maxwell模型的非線(xiàn)性粘彈性有限元法，形成了瀝青路面車(chē)轍分析的非線(xiàn)性粘彈—彈塑性有限元法，并編制了相應(yīng)的三維有限元程序。該程序可對(duì)瀝青路面車(chē)轍進(jìn)行較為全面的計(jì)算。利用本文編制的瀝青路面車(chē)轍非線(xiàn)性分析的有限元程序，

5、對(duì)SWK/UN所做實(shí)驗(yàn)的16種瀝青混合料進(jìn)行了計(jì)算，并與SHRP計(jì)算結(jié)果及SWK/UN實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析，指出了非線(xiàn)性分析對(duì)瀝青路面車(chē)轍研究的重要性。本文的計(jì)算結(jié)果明顯優(yōu)于SHRP的計(jì)算結(jié)果，與SWK/UN實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，說(shuō)明了本文提出的瀝青路面車(chē)轍分析的非線(xiàn)性粘彈—彈塑性本構(gòu)模型是有效的。本文通過(guò)有限元計(jì)算和理論分析，討論了瀝青路面車(chē)轍的主要影響因素與車(chē)轍深度的關(guān)系，建立了瀝青路面車(chē)轍的預(yù)估公式。通過(guò)與16種瀝青混合

6、料車(chē)轍的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，確定了該預(yù)估公式中的常數(shù)c。運(yùn)用該預(yù)估公式對(duì)半剛性基層瀝青路面的車(chē)轍進(jìn)行了計(jì)算，所得的結(jié)果和實(shí)測(cè)值基本吻合，說(shuō)明了該預(yù)估公式是有效的。最后對(duì)該預(yù)估公式的適用性進(jìn)行了討論。本文的預(yù)估公式可根據(jù)材料特性直接預(yù)估車(chē)轍深度。本文在瀝青路面車(chē)轍分析方面所做的從非線(xiàn)性理論、數(shù)值分析到預(yù)估公式等一系列創(chuàng)新性研究，將促進(jìn)瀝青路面車(chē)轍的研究和發(fā)展，也為瀝青路面設(shè)計(jì)考慮車(chē)轍因素提供相應(yīng)的理論和方法。關(guān)鍵詞：瀝青路