瀝青路面車轍分析的非線性理論和方法.pdf

1、車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配設計不合理、穩(wěn)定性差或由于基層及面層施工時壓密度不夠，使輪跡帶處的面層和基層材料在行車荷載反復作用下出現(xiàn)固結變形和側向剪切而產生的。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，研究瀝青混凝土路面的車轍問題就顯得尤為重要。由于其研究涉及大量非線性固體力學理論而成為路面工程研究的難點之一。瀝青路面車轍的研究主要存在以下問題：目前發(fā)展的非線性粘彈性理論仍不能很好地表現(xiàn)瀝青路面的車轍特性；

2、已做的實驗還難以滿足對瀝青路面車轍分析的需要，特別是缺乏對瀝青路面車轍影響因素的系統(tǒng)的實驗研究；數(shù)值方法研究方面，相應的有限元分析結果與實驗結果有較大差異；對瀝青路面車轍的預估，已有的預估方法多數(shù)是建立在應變分析的基礎上，還缺乏基于材料性質的直接預估方法；目前瀝青路面車轍的研究成果，還很少應用到路面的設計。所以，在瀝青路面車轍研究方面還需要進行大量的深入的研究工作。本文首先對瀝青路面產生車轍的機理和影響車轍的因素進行了詳細研

3、究；對評價瀝青路面車轍的各種指標進行了對比，指出了各種指標的優(yōu)點和缺點。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轍分析的非線性粘彈—彈塑性模型的本構關系。該模型是由廣義的Maxwell模型串聯(lián)一個彈塑性模型組成，可以體現(xiàn)瀝青混凝土材料的非線性彈性、塑性、粘彈性、非線性粘彈性對瀝青路面車轍的影響，可較為全面地反映瀝青路面永久變形的特性。對廣義的Maxwell模型從蠕變的角度詳細推導了其線性和非線性粘彈性本構方程

4、。本文對現(xiàn)有的瀝青混凝土路面永久變形的各種實驗方法的優(yōu)缺點進行了總結和評述，提出了與上述本構關系相對應的材料常數(shù)的確定方法，結合SHRP的實驗結果給出了本文算例所采用的材料常數(shù)。本文推導了基于本文所建立的廣義的Maxwell模型的非線性粘彈性有限元法，形成了瀝青路面車轍分析的非線性粘彈—彈塑性有限元法，并編制了相應的三維有限元程序。該程序可對瀝青路面車轍進行較為全面的計算。利用本文編制的瀝青路面車轍非線性分析的有限元程序，

5、對SWK/UN所做實驗的16種瀝青混合料進行了計算，并與SHRP計算結果及SWK/UN實驗結果進行了對比和分析，指出了非線性分析對瀝青路面車轍研究的重要性。本文的計算結果明顯優(yōu)于SHRP的計算結果，與SWK/UN實驗結果相吻合，說明了本文提出的瀝青路面車轍分析的非線性粘彈—彈塑性本構模型是有效的。本文通過有限元計算和理論分析，討論了瀝青路面車轍的主要影響因素與車轍深度的關系，建立了瀝青路面車轍的預估公式。通過與16種瀝青混合

6、料車轍的計算和實驗結果比較，確定了該預估公式中的常數(shù)c。運用該預估公式對半剛性基層瀝青路面的車轍進行了計算，所得的結果和實測值基本吻合，說明了該預估公式是有效的。最后對該預估公式的適用性進行了討論。本文的預估公式可根據(jù)材料特性直接預估車轍深度。本文在瀝青路面車轍分析方面所做的從非線性理論、數(shù)值分析到預估公式等一系列創(chuàng)新性研究，將促進瀝青路面車轍的研究和發(fā)展，也為瀝青路面設計考慮車轍因素提供相應的理論和方法。關鍵詞：瀝青路