【博士】瀝青路面動態(tài)彎沉及反算模量的溫度修正研究【2009】

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　　學(xué)科專業(yè)：港口海岸及近海工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：大連理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　眾所周知，瀝青混合料是一種感溫性材料，其剛度和強度隨著溫度的變化而有較大的差異。路面動態(tài)彎沉作為瀝青路面檢測及設(shè)計的重要參考指數(shù)是路面整體強度的反映，因此常規(guī)彎沉測試結(jié)果需根據(jù)研究及應(yīng)用的需要修正到標準溫度或其它代表溫度下的彎沉值。同理，反算模量也需要修正到標準溫度下的模量值。目前瀝青路面彎沉及反算模量的溫度修正關(guān)系多數(shù)建立在有限數(shù)據(jù)或早期彎沉檢測設(shè)備(如貝克曼梁)所測彎沉數(shù)據(jù)之上，尤其是我國尚未建立基于落錘式彎沉儀(FWD)的瀝青路面動態(tài)彎沉及反算模量的溫度修正關(guān)系，急需開展該方面的研究?！　r青路面動態(tài)彎沉及反算模量進行溫度修正研究首先要解決瀝青路面溫度的確定問題。由于瀝青路面暴露在自然界中，時刻經(jīng)受自然條件尤其是氣溫的影響，導(dǎo)致瀝青路面溫度場的分布較為復(fù)雜，所以對瀝青路面溫度場進行研究并建立其基于氣溫的預(yù)估模型是進行瀝青路面動態(tài)彎沉及反算模量溫度修正的前提?！　∫虼吮疚脑趯r青路面溫度場進行長期觀測試驗以及數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，分別通過實驗和有限元模擬方法研究了不同厚度瀝青路面動態(tài)彎沉及其反算模量與路面溫度間的對應(yīng)關(guān)系，最后建立了我國基于FWD的瀝青路面動態(tài)彎沉及其反算模量的溫度修正關(guān)系。本文主要做了以下工作：　　(1)瀝青路面溫度場數(shù)值模擬研究　　利用建立的瀝青路面溫度場有限元模型對瀝青路面溫度場的分布規(guī)律進行了研究，通過將計算結(jié)果與實測溫度場數(shù)據(jù)進行對比與分析，驗證了模型的有效性。　　(2)瀝青路面溫度場長期觀測試驗研究　　對運營中的瀝青道路溫度場及周邊環(huán)境進行長期觀測，在此基礎(chǔ)上研究了瀝青路面溫度場及其與氣溫之間的相關(guān)關(guān)系?？紤]到氣溫升溫階段和降溫階段對瀝青路面溫度影響的差異，分別利用兩個正弦函數(shù)模擬氣溫的升溫和降溫階段，最后建立基于氣溫的瀝青路面溫度預(yù)估模型?！　?3)基于FWD的瀝青路面動態(tài)彎沉的溫度修正研究　　利用落錘式彎沉儀(刑D)對不同厚度瀝青路面進行周期一年的彎沉測試實驗，同時對瀝青路面結(jié)構(gòu)層溫度進行實時觀測，研究了瀝青路面動態(tài)彎沉(最大彎沉值、彎沉盆面積因子Area、F-1形狀系數(shù)、以及彎沉差因子(Delta2))與路面溫度間的關(guān)系，進而建立了其溫度修正公式?！　?4)基于FWD的瀝青路面反算模量及其溫度修正研究　　在實測瀝青路面彎沉盆數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)識別原理反算瀝青路面模量，研究了瀝青路面模量與瀝青路面溫度的關(guān)系，進而建立了其溫度修正關(guān)系。　　(5)FWD作用下瀝青路面動態(tài)彎沉有限元分析及其與溫度場耦合研究　　建立了瀝青路面三維有限元模型，在此基礎(chǔ)上分別分析了面層厚度、面層模量、基層厚度、基層模量、土基強度以及加載時間對FWD作用下瀝青路面動態(tài)彎沉的影響。　　在考慮瀝青路面材料參數(shù)如路面模量、溫縮系數(shù)和泊松比等與溫度之間函數(shù)關(guān)系的前提下，建立了瀝青路面三維熱一結(jié)構(gòu)耦合有限元模型，在此基礎(chǔ)之上分析了瀝青路面結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對路面彎沉溫度修正的影響，最后建立了不同厚度瀝青路面動態(tài)彎沉的溫度修正關(guān)系，通過比較發(fā)現(xiàn)通過有限元模型建立的溫度修正關(guān)系與實驗結(jié)果吻合較好?！　?

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