[發明專利]半剛性基層瀝青路面控制疲勞設計方法

有效

• 申請號: 201310052494.3
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN103088737A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 韋金城;余四新;王林;韓文揚;馬士杰;付建村;崔風仁
• 申請（專利權）人: 山東省交通科學研究所
• 主分類號: E01C7/18
• 分類號: E01C7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及道路工程領域，具體提供一種半剛性基層瀝青路面控制疲勞設計方法。

背景技術

半剛性基層瀝青路面是我國高等級公路主要路面結構形式。隨著交通量和車輛軸載的不斷增加，半剛性基層瀝青路面疲勞破壞問題日益嚴重。如何有效控制路面結構疲勞損傷，成為半剛性基層瀝青路面結構設計亟待解決的技術難題。半剛性材料層（水泥穩定碎石、石灰-粉煤灰碎石等）在車輛荷載反復作用下其模量有不斷衰減的特性，由于沒有構建與疲勞預估模型力學指標相關的半剛性材料模量衰減模型，現行瀝青路面設計方法無法考慮這種模量的衰減對瀝青層疲勞損傷的影響（如我國以彎沉為指標的設計方法）。而用一個不變的初始模量代替整個基層疲勞損傷過程的模量水平，無法反映路面結構實際的受力和損傷狀態，這就大大降低了瀝青路面設計的可靠性，導致設計過于保守或趨于風險，對路面結構疲勞起不到有效的控制作用。

發明內容

本發明的技術任務是針對上述現有技術的不足，提供一種半剛性基層瀝青路面疲勞控制設計方法。利用該方法設計的路面不易發生過早結構疲勞損壞，可在設計期內將疲勞開裂有效控制在容許的范圍內。

本發明的半剛性基層瀝青路面疲勞控制設計方法，以瀝青層累積疲勞損傷為設計指標，將模量衰減模型與疲勞預估模型相結合，基層模量衰減過程納入瀝青層的疲勞分析中，從而在設計期內有效控制疲勞開裂水平，并且達到設計路面結構經濟耐久的目標。

該設計方法包括以下步驟：

1）確定半剛性基層材料彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型

所述半剛性基層材料彎拉模量衰減模型指重復加載作用下材料彎拉模量由疲勞應力水平和加載次數確定的函數關系式；

所述疲勞預估模型是指達到破壞時的循環加載次數由疲勞應力水平確定的函數關系式；

2）初擬路面結構組合和結構設計參數

初擬路面各結構層厚度和結構層設計參數，所述設計參數包括各層材料初始彎拉模量、泊松比、半剛性基層材料彎拉強度和設計年限車道累計標準軸載作用次數；

3）計算引起半剛性基層疲勞開裂的累計標準軸載作用次數

根據步驟2）擬定的路面各結構層厚度及相應結構設計參數，結合彈性層狀力學理論計算應力水平，代入步驟1）確定的疲勞預估模型得到半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數；

4）計算半剛性基層彎拉模量衰減過程

根據步驟3)確定的應力水平及半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數，代入步驟1）確定的彎拉模量衰減模型計算半剛性基層隨軸載作用次數增加彎拉模量的衰減過程；

當累計標準軸載作用次數超過步驟3）所確定半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數后，此時半剛性基層已經疲勞開裂，彎拉模量取固定值，取值為初始模量的3~8%；

5)?計算瀝青層累積疲勞損傷

將步驟4）所得半剛性基層彎拉模量，連同其他結構層的模量參數，輸入彈性層狀力學理論模型計算瀝青層底彎拉應變，并通過瀝青層疲勞預估模型和Miner損傷原理計算瀝青層在設計累計標準軸載作用下的累積疲勞損傷；

6）判斷瀝青層累積疲勞損傷是否小于設計控制標準

如果步驟5）所得瀝青層累積疲勞損傷小于設計控制標準，則滿足疲勞控制設計要求，否則調整路面各結構層厚度及相應結構設計參數，重新進行計算，如此反復迭代，直到滿足設計要求為止。

步驟1)中所述彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型均優選通過重復加載四點彎曲梁疲勞試驗確定。

所述模量衰減模型優選用指數模型進行回歸。

步驟6)中所述瀝青層疲勞累計損傷控制設計標準優選為0.1。

本發明的半剛性基層瀝青路面疲勞控制設計方法與現有技術相比具有以下突出的有益效果：

（一）???????????????????該方法考慮模量衰減對瀝青層疲勞損傷的影響，可避免結構性的早期疲勞損壞，有效控制設計期內路面疲勞破壞程度，達到路面結構設計經濟耐久的目標，可大量節約資源，消除維修造成的交通壓力；

（二）???????????????????彎拉模量衰減過程計算方法，克服了現有技術中用當量方法無法真實反映路面結構實際受力和損傷狀態的問題，保證了路面設計的可靠度；

（三）???????????????????基于模量衰減的累積疲勞損傷分析方法，可預估設計期內路面性能變化過程，并根據交通荷載情況隨時調整預估模型，可為路面運營階段預防性養護提供決策依據，從而有效延長路面結構使用壽命。

附圖說明