專利名稱：瀝青路面永久變形評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種浙青路面永久變形評(píng)估方法，尤其是涉及一種基于分層分區(qū)疊加原理的浙青路面永久變形評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
浙青路面的永久變形直接影響到浙青路面的使用壽命，也涉及到浙青路面的設(shè)計(jì)和施工。根據(jù)不同的使用條件(如荷載、荷載頻率和使用年限等)設(shè)計(jì)不同的浙青路面，即可減少建設(shè)成本，又可有效利用資源。然而，要做到根據(jù)使用條件設(shè)計(jì)浙青路面，就必須對(duì)浙青路面在預(yù)計(jì)使用條件下的永久變形有較為準(zhǔn)確的評(píng)估，并根據(jù)浙青路面永久變形的評(píng)估進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，還可根據(jù)浙青路面永久變形的評(píng)估結(jié)果，制定浙青路面的保養(yǎng)和維修計(jì)劃，延長(zhǎng)浙青路面的使用壽命。目前，根據(jù)建立評(píng)估模型時(shí)依據(jù)的理論和數(shù)據(jù)的不同，國(guó)、內(nèi)外評(píng)估浙青路面永久變形的基本方法可分為經(jīng)驗(yàn)法、力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法和理論分析法等三大類。經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，以試驗(yàn)路段的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合通過室內(nèi)試驗(yàn)得到的浙青混合料層的永久變形與荷載、材料特性的關(guān)系對(duì)浙青路面在不同荷載長(zhǎng)期反復(fù)作用下產(chǎn)生的永久變形進(jìn)行評(píng)估。經(jīng)驗(yàn)法具有針對(duì)性較強(qiáng)、可靠度較高等特點(diǎn)，但同時(shí)存在較大的局限性。在實(shí)際環(huán)境與研究或試驗(yàn)條件的較為一致的情況下，其評(píng)估結(jié)果較為可靠，一旦實(shí)際環(huán)境發(fā)生改變，則評(píng)估結(jié)果的可靠性較差，因而，其適用范圍受到限制。與經(jīng)驗(yàn)法相比，力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法在一定程度上減小了使用范圍的局限性，在通用性方面有了改善。力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法通常先采用彈性層狀體系理論或粘彈性層狀體系理論得到浙青路面應(yīng)力與位移的關(guān)系，再結(jié)合室內(nèi)、外的相關(guān)試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)出浙青層的永久變形與路表彎沉、材料性能參數(shù)及荷載之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)浙青路面的永久變形進(jìn)行評(píng)估。力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法考慮了路面的整體效應(yīng)，但所應(yīng)用的力學(xué)模型不盡合理，有些模型參數(shù)的確定較困難，也未得到廣泛應(yīng)用。理論分析法是以層狀彈性體系理論或粘彈性體系理論為基礎(chǔ)，對(duì)路面體系內(nèi)的應(yīng)力進(jìn)行分析和計(jì)算，并利用路面浙青混合料永久變形與應(yīng)力的關(guān)系對(duì)浙青路面的永久變形進(jìn)行評(píng)估。理論分析法又分為層應(yīng)變法、粘彈性理論法和有限元法等三種。粘彈性理論法相對(duì)較為完善，使用粘彈性理論評(píng)估浙青路面的永久變形要比層應(yīng)變法的評(píng)估結(jié)果精確， 粘彈性理論法在理論上更接近浙青材料的實(shí)際粘彈特性，然而，由于材料的粘彈行為無論在理論上還是在當(dāng)前常用的材料測(cè)試方法上均難以準(zhǔn)確把握，因此，粘彈性理論法的評(píng)估精度還有待于進(jìn)一步提高。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，浙青路面永久變形的評(píng)估方法已從彈性層狀體系的解析法發(fā)展到有限元數(shù)值法，借助有限元工具，預(yù)估精度相對(duì)提高，成為目前浙青路面永久變形評(píng)估的常用方法。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)浙青路面永久變形評(píng)估方法存在的評(píng)估結(jié)果的可靠性較差、模型參數(shù)的確定較困難和評(píng)估精度還有待于進(jìn)一步提高等問題，本發(fā)明提出一種浙青路面永久變形評(píng)估方法。本發(fā)明浙青路面永久變形評(píng)估方法將浙青路面的環(huán)境溫度劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的區(qū)間，將浙青混合料層劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的亞層，分別計(jì)算不同溫度和荷載條件下各亞層的變形量，并根據(jù)下式對(duì)浙青路面永久變形進(jìn)行評(píng)估
(1)
式中AA力瀝青路面的永久
變形量，單位.麗；
鋨為浙青路面溫度劃分區(qū)間數(shù)，取值范圍為3 — 6 ； 為浙青路面劃分亞層數(shù)，取值范圍為4 一 30 ；
~為瀝青路面第f亞層厚度，單位_ ,取值范圍為5 — 30 _ ；
為浙青路面第i亞層的平均偏應(yīng)力值，單位 勵(lì)；(O0)f,其每層偏
應(yīng)力值可通過動(dòng)荷載作用下路面結(jié)構(gòu)有限元分析計(jì)算單元大、小主應(yīng)力相減求得；
W1Ji為浙青路面第 亞層的變形量，·‘ =ZP1J^o0),其值可通過重復(fù)加載修正伯格斯Burgers模型，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)三軸重復(fù)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)插值與擬合求得。進(jìn)一步的，本發(fā)明浙青路面永久變形評(píng)估方法浙青路面第i亞層的平均偏應(yīng)力值
=( ，其每層偏應(yīng)力值可通過動(dòng)荷載作用下路面結(jié)構(gòu)有限元分析計(jì)算單元大、
小主應(yīng)力相減求得，具體步驟包括
①根據(jù)擬評(píng)估高速公路的路面結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，基于有限元ANSYS軟件建立路面結(jié)構(gòu)三維有限元計(jì)算模型，并沿豎向按照一定的深度間隔將浙青路面劃分為 個(gè)亞層， /=U-^,其中，浙青層按照每層5 - 30 _的間距進(jìn)行劃分，基層、底基層、土基層的亞層間距可增大至每層300mm ；
②根據(jù)浙青路面所處地區(qū)的年實(shí)際溫度情況，將浙青路面的環(huán)境溫度劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的區(qū)間；
③采用沿道路縱向剖面大小呈正弦波變化的荷載模型，并確定不同荷載模式作用下的輪胎印跡接地面積，確定每一溫度區(qū)間內(nèi)各代表溫度下浙青路面結(jié)構(gòu)模型中各結(jié)構(gòu)亞層材料的彈性模量和泊松比取值；
④在各溫度區(qū)間代表溫度下，利用ANSYS軟件對(duì)步驟建立的路面結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，得到浙青各亞層內(nèi)的應(yīng)力分布，并提取荷載作用范圍內(nèi)的大、 小主應(yīng)力，求得各代表溫度下浙青路面各亞層的偏應(yīng)力值。進(jìn)一步的，本發(fā)明浙青路面永久變形評(píng)估方法浙青路面第 亞層的變形量
·‘ 二/CTJ^iT0),其值可通過重復(fù)加載修正伯格斯Burgers模型，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)三軸重
復(fù)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)插值與擬合求得，具體步驟包括
①以流變學(xué)理論為基礎(chǔ)，基于修正Burgers模型建立適用于重復(fù)荷載作用下永久變
形規(guī)律的力學(xué)模型，*次荷載作用后的永久應(yīng)變Qw為
權(quán)利要求
1.一種浙青路面永久變形評(píng)估方法，其特征在于將浙青路面的環(huán)境溫度劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的區(qū)間，將浙青混合料層劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的亞層，分別計(jì)算不同溫度和荷載條件下各亞層的變形量，并根據(jù)下式對(duì)浙青路面永久變形進(jìn)行評(píng)估
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述浙青路面永久變形評(píng)估方法，其特征在于浙青路面第i亞層的平均偏應(yīng)力值其每層偏應(yīng)力值可通過動(dòng)荷載作用下路面結(jié)構(gòu)有限元分析計(jì)算單元大、小主應(yīng)力相減求得，具體步驟包括①根據(jù)擬評(píng)估高速公路的路面結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，基于有限元ANSYS軟件建立路面結(jié)構(gòu)三維有限元計(jì)算模型，并沿豎向按照一定的深度間隔將浙青路面劃分為 個(gè)亞層， /=1Α···.〃，其中，浙青層按照每層5 - 30 _的間距進(jìn)行劃分，基層、底基層、土基層的亞層間距可增大至每層300mm ；②根據(jù)浙青路面所處地區(qū)的年實(shí)際溫度情況，將浙青路面的環(huán)境溫度劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的區(qū)間；③采用沿道路縱向剖面大小呈正弦波變化的荷載模型，并確定不同荷載模式作用下的輪胎印跡接地面積，確定每一溫度區(qū)間內(nèi)各代表溫度下浙青路面結(jié)構(gòu)模型中各結(jié)構(gòu)亞層材料的彈性模量和泊松比取值；④在各溫度區(qū)間代表溫度下，利用ANSYS軟件對(duì)步驟.X建立的路面結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，得到浙青各亞層內(nèi)的應(yīng)力分布，并提取荷載作用范圍內(nèi)的大、 小主應(yīng)力，求得各代表溫度下浙青路面各亞層的偏應(yīng)力值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述浙青路面永久變形評(píng)估方法，其特征在于浙青路面第i亞層的變形量^ =/(廠況，其值可通過重復(fù)加載修正伯格斯Burgers模型，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)三軸重復(fù)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)插值與擬合求得，具體步驟包括①以流變學(xué)理論為基礎(chǔ)，基于修正Burgers模型建立適用于重復(fù)荷載作用下永久變形規(guī)律的力學(xué)模型，μ次荷載作用后的永久應(yīng)變Ayir為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述浙青路面永久變形評(píng)估方法，其特征在于該評(píng)估方法包括以下步驟①將浙青路面的環(huán)境溫度劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的區(qū)間；②將浙青混合料層劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的亞層；③求解浙青路面不同溫度期間第i亞層的平均偏應(yīng)力值(O0)i；④求解浙青路面不同溫度期間第 亞層的變形量、=/(廠況《ο)；⑤根據(jù)下式對(duì)浙青路面永久變形進(jìn)行評(píng)估(1)式中Μ為瀝青路面的永久變形量，單位 ； 為浙青路面溫度劃分區(qū)間數(shù)，取值為3 — 6 ； 為浙青路面劃分亞層數(shù)，取值為4 一 30 ；~為浙青路面第f亞層厚度，單位mm，取值5 — 30 _ ；為浙青路面第 亞層的平均偏應(yīng)力值，單位
全文摘要
為克服現(xiàn)有技術(shù)瀝青路面永久變形評(píng)估方法存在的評(píng)估結(jié)果的可靠性較差、模型參數(shù)的確定較困難和評(píng)估精度還有待于進(jìn)一步提高等問題，本發(fā)明提出一種瀝青路面永久變形評(píng)估方法。本發(fā)明瀝青路面永久變形評(píng)估方法將瀝青路面的環(huán)境溫度劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的區(qū)間，將瀝青混合料層劃分為二個(gè)或二個(gè)以上的亞層，分別計(jì)算不同溫度和荷載條件下各亞層的變形量，并根據(jù)各亞層的變形量和平均偏應(yīng)力值對(duì)瀝青路面永久變形進(jìn)行評(píng)估。本發(fā)明瀝青路面永久變形評(píng)估方法的有益技術(shù)效果是合理的利用了疊加原理、力學(xué)分析與瀝青混合料變形量分析等工具或手段，充分考慮車輛荷載、路面材料特性及溫度條件等因素對(duì)瀝青路面永久變形的影響，能對(duì)瀝青路面永久變形進(jìn)行適時(shí)評(píng)估，為瀝青路面的設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)和維修提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)。
文檔編號(hào)G01B21/32GK102331249SQ201110157159
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者曹源文, 李志勇, 梁乃興, 梅迎軍, 秦旻 申請(qǐng)人:重慶交通大學(xué)