基于動態(tài)模量分析瀝青路面Top-Down裂縫.pdf

1、瀝青路面在實(shí)際使用過程中不僅受到垂直方向的沖擊，還會受到水平方向的推移。同時瀝青混合料力學(xué)性質(zhì)的變化也會影響路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，從而影響到裂縫的發(fā)展，因此，在分析路面結(jié)構(gòu)時引入動態(tài)彈性層狀理論顯得格外重要。但是，由于動態(tài)彈性層狀理論非常復(fù)雜，在實(shí)際中無法得到整體應(yīng)用。動態(tài)模量是動態(tài)彈性層狀理論中最重要的參數(shù)，它能可靠的描述瀝青混合料的力學(xué)特性和抵抗荷載的能力，更能描述瀝青路面的實(shí)際工作狀態(tài)。因此研究基于動態(tài)模量的瀝青路面Top-Down

2、裂縫的擴(kuò)展規(guī)律具有重要的意義。
　　本文主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　1、本文采用Superpave設(shè)計(jì)方法對Sup-16三種不同級配（粗級配、中等級配和細(xì)級配）瀝青混合料進(jìn)行試拌與試驗(yàn)分析，最終選擇中等級配作為本文的設(shè)計(jì)級配。通過初步設(shè)定五組不同瀝青含量進(jìn)行試拌并測試瀝青混合料空隙率，得到空隙率與瀝青含量關(guān)系，最終找到本文需要的空隙率（4％以及6％）所對應(yīng)的瀝青含量分別為4.52％和4.12％。
　　2、參考美國公路

3、發(fā)展戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)中的短期老化以及長期老化的基礎(chǔ)上制定了五組老化方案，對松散瀝青混合料進(jìn)行不同程度的模擬老化試驗(yàn)。采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)進(jìn)行兩種空隙率(4％、6％)試件的成型，并基于SPT對試件進(jìn)行了不同溫度狀態(tài)和不同加載頻率條件下瀝青混合料的動態(tài)模量試驗(yàn)。依據(jù)時間-溫度置換原理Sigmodial函數(shù)擬合的方法，建立了不同老化時間以及不同空隙率的瀝青混合料動態(tài)模量主曲線。
　　3、依據(jù)材料力學(xué)剛度中心、應(yīng)力、應(yīng)變和模量

4、間的相互關(guān)系，對處于受壓狀態(tài)下的瀝青混合料試件進(jìn)行力學(xué)分析，計(jì)算推導(dǎo)出試件頂面、底面和幾何中心斷面的動態(tài)模量表達(dá)式。以重慶長壽至梁平高速公路瀝青路面為例，對長方體瀝青混合料試件施加豎向的線性荷載，測得試件在不同溫度狀態(tài)（10℃、20℃及30℃）下試件每一面的應(yīng)變值與施加的荷載值，最后利用推導(dǎo)公式求得其動態(tài)模量梯度曲線。
　　4、采用半圓彎曲試驗(yàn)(SCB)對預(yù)加裂縫的瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，測得裂縫尖端的撓度與荷載。通過采集的數(shù)據(jù)描繪出

5、力-撓度曲線，計(jì)算瀝青混合料在不同溫度（10℃、20℃及30℃）下的斷裂能。
　　5、本文建立了含有Top-Down裂縫的路面結(jié)構(gòu)有限元模型，在模型中將動態(tài)模量作為瀝青混合料的力學(xué)參數(shù)，通過計(jì)算裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子K和J積分對裂縫進(jìn)行荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)分析研究。
　　最后得到的主要結(jié)論包括:
　　1、通過動態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果表明:模擬老化時間越長，瀝青混合料動態(tài)模量越大;老化時間的長短對動態(tài)模量移位因子的影響并不大;當(dāng)溫

6、度升高時，瀝青混合料動態(tài)模量降低，移位因子也會減小;加載頻率越大，瀝青混合料動態(tài)模量越大;溫度對瀝青混合料動態(tài)模量值的影響大于老化時間的影響。
　　2、驗(yàn)證了能夠利用推導(dǎo)公式計(jì)算得到瀝青混合料的動態(tài)模量梯度曲線，并且能夠采用直接壓縮試驗(yàn)得到瀝青混合料的動態(tài)模量梯度曲線。并通過試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表明:瀝青混合料頂面層態(tài)動態(tài)模量值最大，底面層最小，且瀝青混合料動態(tài)模量隨其深度的增加而降低。
　　3、瀝青混合料的斷裂能隨空隙率的增加而降