[發明專利]一種基于雙模量理論的耐久性瀝青路面設計方法及其路面結構有效

申請號：	201810324358.8	申請日：	2018-04-12
公開（公告）號：	CN108517735B	公開（公告）日：	2020-02-07
發明（設計）人：	潘勤學;鄭健龍	申請（專利權）人：	長沙理工大學
主分類號：	G06F30/13	分類號：	G06F30/13;E01C7/18
代理公司：	43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)	代理人：	顏勇
地址：	410114 湖南省***	國省代碼：	湖南;43
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摘要：
搜索關鍵詞：	雙模量瀝青路面設計拉壓受力養護垂直均布荷載半剛性基層彈性體系理論基礎瀝青面層力學計算路面結構路面破壞路面設計疲勞極限使用壽命底基層拉應變拉應力上面層路表罩面維修引入節約賦予
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【說明書】：

本發明公開了一種基于雙模量理論的耐久性瀝青路面設計方法，本方法在雙圓垂直均布荷載下的層狀彈性體系理論基礎上，引入雙模量理論，進行路面力學計算時根據路面各點受力拉壓的不同賦予對應的拉壓模量，建立了更符合實際路面受力性質的設計方法，提高了路面設計的精準性；按該方法設計的路面半剛性基層及底基層底的最大拉應力及瀝青面層的最大拉應變遠小于其疲勞極限，極大地提高了路面的使用壽命，達到了耐久性瀝青路面的要求；并使路面的破壞僅可能發生在路表，使路面破壞模式由“自下而上”轉變為“自上而下”，養護維修時只需對上面層進行銑刨或罩面即可，節約了養護成本。

技術領域

本發明屬于瀝青路面設計技術領域，尤其涉及一種基于雙模量理論的耐久性瀝青路面設計方法及其路面結構。

背景技術

九十年代以來，我國在高等級道路瀝青路面的建設實踐中，取得了豐碩的成果。但從已投入運營的瀝青路面使用狀況來看，大部分未達到使用年限即出現了較嚴重的功能衰減和結構損壞，其原因除施工質量和超載引起外，結構設計的理論體系存在著明顯不足亦為其重要原因之一。

現階段我國瀝青路面設計方法采用各向同性的層狀彈性體系理論，計算時各層材料參數均采用抗壓回彈模量，然而經大量研究表明，大部分材料在受拉與受壓時的彈性模量差別較大，路用瀝青混合料及水泥穩定類混合料等無機結合料同樣表現出拉壓模量不等的性質，且一般抗壓模量大于抗拉模量。路面結構在荷載作用下存在拉應力區與壓應力區，因此在進行路面力學計算時簡單地應用較大的抗壓回彈模量作為材料的統一模量，將導致我們的計算結果存在較大誤差或高估設計路面的性能，這些計算時就產生的誤差導致瀝青路面結構設計理論設定的路面破壞模式與實際路面典型病害特征不一致，使設計中采用的強度及剛度標準不能有效發揮控制作用。

大量研究表明許多材料的模量呈現拉伸模量與壓縮模量不等的性質，導致工程結構的力學響應也具有拉壓不同特性。С.А.阿姆巴爾楚米揚(АмбарцумянС.А.)于1982年編著了第一本關于拉壓不同模量問題的專著，建立了基于拉壓模量差異的本構理論稱為不同模量理論或雙模量理論。

雙模量理論的研究對象是固體和連續體，認為物體是勻質和各向同性的，且基于小變形假設。С.А.阿姆巴爾楚米揚指出：對于絕大部分具有拉壓不同彈性模量的材料，應力與應變的關系曲線可用兩條直線來表示，用這種分段直線函數來表示的簡化本構關系，具有足夠的精度，完全滿足工程應用的要求，如圖1所示。在雙直線模型中，材料的本構關系中的彈性參數以主應力的受拉與受壓分為兩種情形：受拉時取拉模量E⁺及拉泊松比μ⁺，受壓時取壓模量E^-和壓泊松比μ^-，以此建立了基于主應力方向的本構方程如下：

式中：ε_α,ε_β,ε_γ為主應變，σ_α,σ_β,σ_γ為主應力，A為柔度矩陣，模量E和泊松比μ由各自對應相乘的主應力正負性質確定，如σ_α＞0，則模量E^α和泊松比μ^α取E⁺及μ⁺，反之取E^-及μ^-。