瀝青路面溫度應(yīng)力及超孔隙水壓力計(jì)算.pdf

1、除了行車荷載之外，溫度和濕度等環(huán)境因素對(duì)瀝青路面的使用性能也有著重要的影響。其中，溫度因素的影響尤為重要，原因在于它直接影響路面結(jié)構(gòu)的承載力，引起的低溫開裂不但會(huì)涉及到高額的維修費(fèi)用，還會(huì)導(dǎo)致和加速路面結(jié)構(gòu)的其它破壞形式，例如，水分通過裂縫滲入后，會(huì)造成瀝青膜的剝離、基層和土基承載力的降低和喪失等。因此，根據(jù)瀝青路面的實(shí)際情況，深入分析路面結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的變化規(guī)律，及其與各種影響因素之間的關(guān)系，以提高瀝青路面的使用性能有著重要的實(shí)際工程意

2、義。 在過去40多年中，關(guān)于瀝青路面溫度應(yīng)力問題的研究取得了極大的進(jìn)展，但仍然存在不足之處。目前瀝青路面溫度應(yīng)力的理論研究主要基于層狀彈性理論體系，在計(jì)算和求解過程中，通常忽略溫度對(duì)瀝青路面材料特性的影響，而將材料特性假定為固定常數(shù)。實(shí)際上，瀝青混合料是一種感溫性材料，溫度變化時(shí)，混合料的彈性模量、溫度收縮系數(shù)以及泊松比均會(huì)發(fā)生變化。將材料特性視為固定常數(shù)的假定雖然帶來了計(jì)算上的簡(jiǎn)便，但也導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果與瀝青路面的實(shí)際情況不符，

3、因而限制了計(jì)算結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用。 論文將瀝青混合料的材料特性作為隨溫度變化的函數(shù)，分別利用傳遞矩陣方法和剛度矩陣方法推導(dǎo)了瀝青路面溫度應(yīng)力問題的解析解，并對(duì)瀝青路面溫度應(yīng)力的影響因素、低溫開裂預(yù)估以及光纖光柵傳感技術(shù)在瀝青路面實(shí)測(cè)工作中的應(yīng)用等問題進(jìn)行了研究。此外，還利用剛度矩陣方法，推導(dǎo)了瀝青路面超孔隙水壓力問題的解析解。主要工作內(nèi)容如下： (1)以熱彈性理論為基礎(chǔ)，并將瀝青路面的材料特性作為溫度的函數(shù)，利用傳遞矩陣法以

4、及Laplace和Hankel積分變換的數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)了層狀彈性體系溫度應(yīng)力問題的解析解。分析了溫度變化條件下，瀝青路面溫度場(chǎng)和瀝青層材料特性的變化規(guī)律，以及隨溫度變化的材料特性對(duì)溫度應(yīng)力的影響。由于在理論解的推導(dǎo)過程中考慮了溫度變化對(duì)瀝青混凝土材料特性的影響，溫度應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果更為符合瀝青路面的真實(shí)受力狀態(tài)。 (2)利用剛度矩陣法推導(dǎo)了瀝青路面溫度應(yīng)力問題的解析解，推導(dǎo)過程中考慮了溫度變化對(duì)材料特性的影響，并將解析解分解為由外

5、荷載引起和由溫度荷載引起的兩部分，使得狀態(tài)向量表達(dá)式的意義更加明確。由于剛度矩陣的元素僅僅含有負(fù)指數(shù)項(xiàng)，所以計(jì)算時(shí)不會(huì)出現(xiàn)溢出或病態(tài)現(xiàn)象，進(jìn)而可以克服傳遞矩陣法容易溢出的缺點(diǎn)。利用剛度矩陣法計(jì)算瀝青路面溫度力問題時(shí)非常穩(wěn)定。基于計(jì)算實(shí)例，深入分析了瀝青層隨溫度變化的彈性模量、溫度收縮系數(shù)和泊松比對(duì)溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響。 (3)擬合了瀝青混凝土的各種材料特性同溫度之間的函數(shù)關(guān)系，并分析了瀝青路面的溫度應(yīng)力與路面結(jié)構(gòu)厚度、基層材料

6、特性之間的關(guān)系，通過計(jì)算實(shí)例進(jìn)行了低溫開裂預(yù)估，預(yù)估結(jié)果與瀝青路面的真實(shí)開裂溫度比較接近，驗(yàn)證了本文理論計(jì)算模型的合理性。 (4)應(yīng)用大連理工大學(xué)抗震研究所自行設(shè)計(jì)的光纖光柵傳感器，將其組成分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)靜載試驗(yàn)條件下瀝青路面的應(yīng)變進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)氣溫變化引起的路面結(jié)構(gòu)溫度和應(yīng)變進(jìn)行了數(shù)月的監(jiān)測(cè)工作，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。驗(yàn)證了該光纖光柵傳感系統(tǒng)用于瀝青路面實(shí)測(cè)工作的可行性以及本文理論解的正確性。 (