[發明專利]基于路面材料模量應力和應變依賴模型的瀝青路面結構分析當量方法

有效

• 申請號: 201710924212.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107764644B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 王旭東;張年梅;周興業;肖倩;楊光;張蕾
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 11333 北京兆君聯合知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡敬紅

1.基于路面材料模量應力和應變依賴模型的瀝青路面結構分析當量方法，包括如下步驟：

1)選擇擬分析的瀝青路面結構形式和材料類型，確定計算荷載類型、層間結合條件、各層厚度h_i和泊松比μ_i，其中：參數i代表瀝青路面結構層數量，為正整數；

2)根據擬分析的瀝青路面結構形式和材料類型，通過室內試驗確定瀝青混合料復模量應變依賴模型、半剛性基層和路基土回彈模量應力依賴模型，以該組模型作為瀝青路面結構分析時各層的模量取值依據，該組模型采用如下步驟獲得；

(1)瀝青混合料復模量應變依賴模型確定方法

①.在不同應變水平、不同加載頻率、不同試驗溫度下進行瀝青混合料復模量試驗；

②.按照下述方法獲得以某一頻率為基準頻率，不同應變水平下、基于溫度參數的瀝青混合料復模量主曲線；

(i)在某應變水平下，采用Boltzmann函數表征某一頻率時溫度與瀝青混合料復模量對數的相關關系，

(ii)以(i)中的Boltzmann函數關系為基準，根據時溫等效原理引入溫度移位因子α，將該應變水平下、其他頻率時溫度與復模量的試驗數據進行平移處理，得到一組新的平移后溫度-復模量試驗，

(iii)采用式(1)對(ii)中的數據進行回歸分析，得到該應變水平下，以某一頻率作為基準頻率基于溫度參數的瀝青混合料復模量主曲線，函數表達式為式(1)，

式中：T——溫度，單位為℃；

E——以10為底的瀝青混合料復模量對數；

A₁、A₂、x₀、dx——回歸參數，

(iv)采用(i)、(ii)、(iii)中的方法，可得到其他應變水平下，以某一頻率為基準頻率、基于溫度參數的瀝青混合料復模量主曲線，

③.將步驟②中不同應變水平下的平移后溫度-復模量試驗數據，整理成自變量為溫度和應變水平、因變量為復模量對數的數據格式，采用式(2)對其進行回歸分析，可得到基于溫度參數的瀝青混合料復模量應變依賴模型，

式中：T——溫度，單位為℃；

E——以10為底的瀝青混合料復模量對數；

ε——應變，單位為1×10²με；

a、b、c、x₀、dx——回歸參數；

(2)半剛性基層回彈模量應力依賴模型確定方法

[1].根據擬分析的瀝青路面結構形式和材料類型，確定半剛性基層的無機結合料類型、被穩定材料類型和試件養生齡期，通過調整無機結合料劑量和被穩定材料級配組成，得到不同強度水平的半剛性基層材料；

[2].采用步驟[1]中不同強度水平的半剛性基層材料，分別進行壓縮受力模式的強度及回彈模量試驗、彎拉受力模式的強度及回彈模量試驗；

[3].根據受力模式，將步驟[2]中的試驗數據整理成自變量為強度和應力水平，因變量為回彈模量的數據格式；

[4].采用式(3)的二元二次模型對步驟[3]中壓縮受力模式下的數據進行回歸分析，采用式(4)的冪函數模型對步驟[3]中的彎拉受力模式下的數據進行回歸分析，得到以式(3)和式(4)表達的基于強度水平的半剛性基層回彈模量應力依賴模型；

E＝f(σ,R)＝a·σ²+b·σ+c·R+d 式(3)

E＝f(σ,R)＝a·R^c·(σ+1)^b 式(4)

式中：E——壓縮或彎拉回彈模量，單位為MPa；

σ——應力水平，單位為MPa；

R——壓縮或彎拉強度，單位為MPa；

a、b、c、d——回歸參數；

(3)路基土回彈模量應力依賴模型確定方法

<1>.在不同圍壓σ₃和偏應力σ_d下進行路基土動態三軸回彈模量試驗；

<2>.在步驟<1>的不同圍壓σ₃下進行路基土三軸破壞強度試驗；

<3>.將步驟<1>和步驟<2>中的試驗數據整理成自變量為偏應力和破壞強度，因變量為動態回彈模量的數據格式；

<4>.采用式(5)對步驟<3>中的數據進行回歸分析，可得到以式(5)表達的基于強度指標的路基土回彈模量應力依賴模型，

式中：E——動態三軸回彈模量，單位為MPa；

σ_d——三軸試驗偏應力，單位為MPa；

p_a——大氣壓力，取0.10138MPa；

R——三軸破壞強度，單位為MPa；

a、b、K₁、K₂、K₃——回歸參數；

3)根據擬分析的瀝青路面結構形式和材料類型，給定一組各層材料模量初始值E_i⁰，結合步驟1)中的厚度h_i和泊松比μ_i，以瀝青路面結構各層受力最不利點位作為當量計算點，采用彈性層狀體系理論計算各當量計算點的Mises等效應力和等效應變；

4)將步驟3)中各瀝青層當量計算點的Mises等效應變代入瀝青混合料復模量應變依賴模型式(2)、各半剛性基層當量計算點的Mises等效應力代入半剛性基層回彈模量應力依賴模型式(3)或式(4)、路基層當量計算點的Mises等效應力代入路基土回彈模量應力依賴模型式(5)，得到一組新的各層材料模量值

5)比較和當二者相等或相對誤差達到最小值時，計算結束；否則，重復步驟3)和步驟4)進行迭代計算，直至滿足收斂精度要求為止；

6)采用步驟5)中滿足收斂精度要求時的各層模量值作為各結構層的最終模量E_i；

7)采用步驟6)中各結構層的最終模量，根據彈性層狀體系理論計算瀝青路面結構內部任意一點的應力、應變和位移，從而得到基于路面材料模量應力或應變依賴模型和當量方法的瀝青路面結構分析結果。