[發(fā)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

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• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107764644B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 王旭東;張年梅;周興業(yè);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(lián)合知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡敬紅

本發(fā)明涉及一種基于路面材料應力和應變依賴模型的瀝青路面結構分析當量方法，根據(jù)擬分析的瀝青路面結構形式和材料類型，確定各層厚度、泊松比和路面材料模量應力(應變)依賴模型，采用路面材料模量應力(應變)依賴模型表征瀝青路面結構各層模量，結合計算荷載和層間結合條件建立計算分析體系，以瀝青路面結構各層受力最不利點位作為當量計算點，通過迭代計算獲得各結構層的最終模量，在此基礎上根據(jù)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。該方法考慮了材料非線性問題對路面力學計算所帶來的影響，使瀝青路面結構受力分析更趨合理和完善。

技術領域

本發(fā)明主要涉及道路工程領域，特別涉及由于路面材料非線性特性所引起的瀝青路面結構受力分析問題。

背景技術

荷載作用下路面結構的真實力學響應，一直是路面結構分析理論與設計方法研究中的基礎理論問題。由于組成材料的多樣性和復雜性，路面結構在車輛荷載和自然環(huán)境作用下的力學響應，多表現(xiàn)出較為明顯的非線性特性。多年來，為了揭示路面結構服役性能的演變機理、建立更加符合實際路面結構和材料力學響應行為的設計理論，國內外研究人員一直在努力探索荷載作用下路面結構的真實力學響應，但由于路面材料的非線性特性，常不能得到滿意的結果。

現(xiàn)階段，基于線彈性假設的路面結構分析方法，由于物理方程不能正確描述瀝青路面材料的非線性本構關系，加上結構層模量試驗方法的多樣性和取值的不確定性，導致難以準確、客觀地評價路面結構的真實受力狀態(tài)，不利于指導新建路面設計和在役路面壽命評估。

按照經(jīng)典的線彈性力學理論，材料的模量是其固有屬性，與環(huán)境、外力無關，一般為定值。然而，大量的室內外試驗表明，路面材料的模量與應力、應變、強度等指標密切相關，會隨著荷載水平的變化而變化，而且不同應力路徑、不同試驗條件下的模量數(shù)值差異較大，表現(xiàn)出十分明顯的非線性特性，路面材料的模量并不是定值，而是一個與應力、應變或強度有關的函數(shù)表達式，即應力(應變)依賴模型，為了獲得路面結構的真實力學響應，必須考慮材料非線性問題對路面力學計算所帶來的影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明為基于路面材料模量應力(應變)依賴模型的瀝青路面結構分析當量方法，根據(jù)路面材料的非線性特性，采用路面材料模量應力(應變)依賴模型表征瀝青路面結構各層材料模量，以瀝青路面結構各層受力最不利點位作為當量計算點，提出一種全新瀝青路面結構力學分析方法，該方法考慮了材料非線性問題對路面力學計算所帶來的影響，使瀝青路面結構受力分析更趨合理和完善。

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(shù)i代表瀝青路面結構層數(shù)量，為正整數(shù)；

2)根據(jù)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(jù)，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(shù)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(shù)表征某一頻率時溫度與瀝青混合料復模量對數(shù)的相關關系，

(ii)以(i)中的Boltzmann函數(shù)關系為基準，根據(jù)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(shù)據(jù)進行平移處理，得到一組新的平移后溫度-復模量試驗，