公路水泥混凝土路面加铺沥青技术研究

论文摘要

本文依托福建省实际工程,通过现场试验、室内试验、数值模拟和理论分析相结合的方法,重点针对公路旧水泥混凝土路面接缝传荷特性与加铺前评价诊断技术,土工格栅等抗裂型防反技术、应力吸收类防反技术的工作机制,加铺结构温度场的特性与影响效应,加铺设计方法开展了研究。具体如下：通过ABAQUS数值模拟、理论分析和现场试验研究表明,接缝传荷特性弯沉差检测与特定路面状况、季节和检测方式（轴载、上下坡、测点位置）关系密切,传统检测评价可能造成误判,基于研究提出了改善弯沉差检测的优化措施,建议对于公路重载交通路面,采用主力货车车辆轴重进行弯沉测试评估。基于断裂力学理论和有限元方法,开展了抗裂型防反技术防裂机制与影响特性研究,分析表明设置层位、金属钢筋网等效厚度、旧板接缝弯沉差对抗裂型防反技术防裂效果有显著影响。基于理论研究,提出了土工玻纤格栅、金属钢筋网的具体参考技术指标（拉伸强度、搭接宽度、布置间距）和建议值。基于有限元方法和应力强度因子分析应力吸收层防裂工作机制表明,应力吸收层依靠混合料本身粘弹特性来耗散接缝尖端应力集中能；集料公称最大粒径、沥青材料、沥青用量等对应力吸收层耗能量有较大影响。研究提出评价应力吸收层路用性能的能耗量和动力学参数（储存模量、损耗模量、相位角）评价指标。对应力吸收层沥青材料的室内试验研究表明,目前市场上应力吸收层沥青软化点、针入度、粘度、弹性恢复等指标性能较高,低温延度指标性能较低。建议应力吸收层应重点关注老化后5℃、15℃、25℃和30℃四温度针入度指数、170℃高温粘度、5℃和10℃弹性恢复指标。采用DSR试验得到的动态损耗因子tanδ和动态粘度指数VTS*、复数模量温度指数CMTS、G*/δ温度指数评价应力吸收层沥青材料的弹性恢复和温度敏感性区分度更好,且有效性更强。基于温度场现场监测试验和数值模拟,研究分析水泥混凝土路面加铺沥青结构温度场及其影响效应表明：太阳辐射、风速、路面辐射吸收率、加铺层厚度是影响JPCP+AC结构温度场的主要因素；分析发现,与普通沥青路面相比,加铺沥青面层温度梯度更大,旧板温度梯度存在加铺沥青敏感厚度。考虑目前反射裂缝防治的现有技术水平和工程实际情况,提出容许反射裂缝发生的“开裂容许度”新理念,并建立了对应的公路水泥混凝土路面加铺沥青结构设计方法。基于断裂力学、Miner定律和施工可靠度,研究建立了与该设计方法配套的反射裂缝扩展距离等效评价因子。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 旧路接缝传荷指标研究现状
• 1.1.2 防反功能层防裂机制及材料研究应用现状
• 1.1.3 反射裂缝理论模型研究现状
• 1.1.4 加铺沥青面层结构设计方法研究现状
• 1.2 问题提出
• 1.3 研究目标和内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 水泥路面板接缝传荷特性与评价研究
• 2.1 水泥混凝土路面板接缝弯沉与弯沉差特性
• 2.1.1 接缝弯沉与弯沉差影响因素数值分析
• 2.1.2 轮迹线板边弯沉与板角板边弯沉的关系数值分析
• 2.1.3 轮迹线板边接缝弯沉差与弯沉的关系试验分析
• 2.2 旧板弯沉检测方法现场试验评估
• 2.2.1 现场试验工况介绍
• 2.2.2 现场旧板弯沉检测值特性分析
• 2.2.3 弯沉测试车行驶方向的影响
• 2.2.4 非受荷板弯沉测点布置影响
• 2.3 旧板弯沉检测时机探讨
• 2.3.1 土基强度影响
• 2.3.2 板底支撑状态影响
• 2.3.3 接缝宽度影响
• 2.4 旧板弯沉检测技术建议
• 2.5 本章小结
• 第三章 水泥混凝土路面加铺沥青抗裂型防反技术研究
• 3.1 抗裂型防反技术作用机制
• 3.2 加铺沥青抗裂技术作用分析模型
• 3.2.1 起裂寿命计算模型
• 3.2.2 裂缝扩展寿命计算模型
• 3.2.3 加铺沥青面层反射裂缝总疲劳寿命计算方法
• 3.3 加铺沥青抗裂技术参数影响特性与敏感性分析
• 3.3.1 有限元计算模型
• 3.3.2 影响参数敏感性分析
• 3.3.3 主要因素影响特性分析
• 3.4 抗裂型防反技术工程建议
• 3.4.1 抗裂型防反工程技术特性分析
• 3.4.2 抗裂夹层设计原则
• 3.5 本章小结
• 第四章 水泥路面加铺沥青应力吸收防反技术研究
• 4.1 应力吸收层防裂机制数值分析
• 4.1.1 有限元计算模型
• 4.1.2 应力吸收层防裂工作机制
• 4.1.3 材料参数对应力吸收层防裂效果影响分析
• 4.2 应力吸收层性能评价
• 4.2.1 应力吸收层能耗量评价
• 4.2.2 动力学参数评价
• 4.3 应力吸收层沥青性能试验研究
• 4.3.1 感温性
• 4.3.2 高温性能
• 4.3.3 低温性能
• 4.3.4 弹性变形恢复能力
• 4.3.5 沥青指标建议
• 4.4 本章小结
• 第五章 水泥混凝土路面加铺沥青温度场影响效应
• 5.1 加铺结构温度场性状数值分析程序
• 5.1.1 温度场预估程序
• 5.1.2 温度场预估程序现场试验
• 5.1.3 对比验证
• 5.2 加铺沥青结构温度场特性与影响因素敏感性分析
• 5.2.1 加铺沥青结构温度场特性
• 5.2.2 加铺沥青结构温度场影响参数敏感性分析
• 5.3 温度影响效应分析
• 5.3.1 温度对加铺沥青面层粘弹特性与车辙的影响效应
• 5.3.2 温度对加铺沥青结构旧板力学反应的影响效应
• 5.3.3 温度对加铺沥青结构开裂的影响效应
• 5.4 技术建议
• 5.4.1 加铺沥青厚度确定
• 5.4.2 加铺结构材料选择技术建议
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于反射裂缝容许度的路面板加铺沥青设计方法研究
• 6.1 加铺沥青结构反射裂缝开裂机制
• 6.2 反射裂缝扩展距离等效评价因子与开裂计算方法
• 6.2.1 基于Paris裂缝扩展疲劳模型的典型结构轴载换算
• 6.2.2 反射裂缝扩展距离等效评价因子
• 6.2.3 理论应用
• 6.3 不同防反技术效果的反射裂缝扩展距离等效评价
• 6.3.1 有限元计算模型
• 6.3.2 不同观测年末累计当量轴次计算
• 6.3.3 反射裂缝扩展距离等效评价因子和扩展等效距离计算
• 6.3.4 结果分析
• 6.4 基于反射裂缝容许度的加铺沥青结构设计方法
• 6.4.1 “容许反射裂缝出现”理念
• 6.4.2 反射裂缝开裂容许度指标
• 6.4.3 设计流程
• 6.4.4 设计举例
• 6.4.5 同类研究对比
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 本文主要结论
• 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介