专利名称：沥青路面永久变形评估方法
技术领域：
本发明涉及一种浙青路面永久变形评估方法，尤其是涉及一种基于分层分区叠加原理的浙青路面永久变形评估方法。
背景技术：
浙青路面的永久变形直接影响到浙青路面的使用寿命，也涉及到浙青路面的设计和施工。根据不同的使用条件(如荷载、荷载频率和使用年限等)设计不同的浙青路面，即可减少建设成本，又可有效利用资源。然而，要做到根据使用条件设计浙青路面，就必须对浙青路面在预计使用条件下的永久变形有较为准确的评估，并根据浙青路面永久变形的评估进行设计。另外，还可根据浙青路面永久变形的评估结果，制定浙青路面的保养和维修计划，延长浙青路面的使用寿命。目前，根据建立评估模型时依据的理论和数据的不同，国、内外评估浙青路面永久变形的基本方法可分为经验法、力学-经验法和理论分析法等三大类。经验法是根据统计学理论，以试验路段的大量观测数据为基础，结合通过室内试验得到的浙青混合料层的永久变形与荷载、材料特性的关系对浙青路面在不同荷载长期反复作用下产生的永久变形进行评估。经验法具有针对性较强、可靠度较高等特点，但同时存在较大的局限性。在实际环境与研究或试验条件的较为一致的情况下，其评估结果较为可靠，一旦实际环境发生改变，则评估结果的可靠性较差，因而，其适用范围受到限制。与经验法相比，力学-经验法在一定程度上减小了使用范围的局限性，在通用性方面有了改善。力学-经验法通常先采用弹性层状体系理论或粘弹性层状体系理论得到浙青路面应力与位移的关系，再结合室内、外的相关试验，统计出浙青层的永久变形与路表弯沉、材料性能参数及荷载之间的关系，进而对浙青路面的永久变形进行评估。力学-经验法考虑了路面的整体效应，但所应用的力学模型不尽合理，有些模型参数的确定较困难，也未得到广泛应用。理论分析法是以层状弹性体系理论或粘弹性体系理论为基础，对路面体系内的应力进行分析和计算，并利用路面浙青混合料永久变形与应力的关系对浙青路面的永久变形进行评估。理论分析法又分为层应变法、粘弹性理论法和有限元法等三种。粘弹性理论法相对较为完善，使用粘弹性理论评估浙青路面的永久变形要比层应变法的评估结果精确， 粘弹性理论法在理论上更接近浙青材料的实际粘弹特性，然而，由于材料的粘弹行为无论在理论上还是在当前常用的材料测试方法上均难以准确把握，因此，粘弹性理论法的评估精度还有待于进一步提高。另一方面，随着计算机技术的高速发展，浙青路面永久变形的评估方法已从弹性层状体系的解析法发展到有限元数值法，借助有限元工具，预估精度相对提高，成为目前浙青路面永久变形评估的常用方法。
发明内容
为克服现有技术浙青路面永久变形评估方法存在的评估结果的可靠性较差、模型参数的确定较困难和评估精度还有待于进一步提高等问题，本发明提出一种浙青路面永久变形评估方法。本发明浙青路面永久变形评估方法将浙青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将浙青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据下式对浙青路面永久变形进行评估
(1)
式中AA力沥青路面的永久
变形量，单位.丽；
锇为浙青路面温度划分区间数，取值范围为3 — 6 ； 为浙青路面划分亚层数，取值范围为4 一 30 ；
~为沥青路面第f亚层厚度，单位_ ,取值范围为5 — 30 _ ；
为浙青路面第i亚层的平均偏应力值，单位 勵；(O0)f,其每层偏
应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得；
W1Ji为浙青路面第 亚层的变形量，·‘ =ZP1J^o0),其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得。进一步的，本发明浙青路面永久变形评估方法浙青路面第i亚层的平均偏应力值
=( ，其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、
小主应力相减求得，具体步骤包括
①根据拟评估高速公路的路面结构实际情况，基于有限元ANSYS软件建立路面结构三维有限元计算模型，并沿竖向按照一定的深度间隔将浙青路面划分为 个亚层， /=U-^,其中，浙青层按照每层5 - 30 _的间距进行划分，基层、底基层、土基层的亚层间距可增大至每层300mm ；
②根据浙青路面所处地区的年实际温度情况，将浙青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；
③采用沿道路纵向剖面大小呈正弦波变化的荷载模型，并确定不同荷载模式作用下的轮胎印迹接地面积，确定每一温度区间内各代表温度下浙青路面结构模型中各结构亚层材料的弹性模量和泊松比取值；
④在各温度区间代表温度下，利用ANSYS软件对步骤建立的路面结构有限元计算模型进行路面结构应力分析，得到浙青各亚层内的应力分布，并提取荷载作用范围内的大、 小主应力，求得各代表温度下浙青路面各亚层的偏应力值。进一步的，本发明浙青路面永久变形评估方法浙青路面第 亚层的变形量
·‘ 二/CTJ^iT0),其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重
复加载试验数据插值与拟合求得，具体步骤包括
①以流变学理论为基础，基于修正Burgers模型建立适用于重复荷载作用下永久变
形规律的力学模型，*次荷载作用后的永久应变Qw为
权利要求
1.一种浙青路面永久变形评估方法，其特征在于将浙青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将浙青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据下式对浙青路面永久变形进行评估
2.根据权利要求1所述浙青路面永久变形评估方法，其特征在于浙青路面第i亚层的平均偏应力值其每层偏应力值可通过动荷载作用下路面结构有限元分析计算单元大、小主应力相减求得，具体步骤包括①根据拟评估高速公路的路面结构实际情况，基于有限元ANSYS软件建立路面结构三维有限元计算模型，并沿竖向按照一定的深度间隔将浙青路面划分为 个亚层， /=1Α···.〃，其中，浙青层按照每层5 - 30 _的间距进行划分，基层、底基层、土基层的亚层间距可增大至每层300mm ；②根据浙青路面所处地区的年实际温度情况，将浙青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；③采用沿道路纵向剖面大小呈正弦波变化的荷载模型，并确定不同荷载模式作用下的轮胎印迹接地面积，确定每一温度区间内各代表温度下浙青路面结构模型中各结构亚层材料的弹性模量和泊松比取值；④在各温度区间代表温度下，利用ANSYS软件对步骤.X建立的路面结构有限元计算模型进行路面结构应力分析，得到浙青各亚层内的应力分布，并提取荷载作用范围内的大、 小主应力，求得各代表温度下浙青路面各亚层的偏应力值。
3.根据权利要求1所述浙青路面永久变形评估方法，其特征在于浙青路面第i亚层的变形量^ =/(厂况，其值可通过重复加载修正伯格斯Burgers模型，并结合实验室内三轴重复加载试验数据插值与拟合求得，具体步骤包括①以流变学理论为基础，基于修正Burgers模型建立适用于重复荷载作用下永久变形规律的力学模型，μ次荷载作用后的永久应变Ayir为
4.根据权利要求1所述浙青路面永久变形评估方法，其特征在于该评估方法包括以下步骤①将浙青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间；②将浙青混合料层划分为二个或二个以上的亚层；③求解浙青路面不同温度期间第i亚层的平均偏应力值(O0)i；④求解浙青路面不同温度期间第 亚层的变形量、=/(厂况《ο)；⑤根据下式对浙青路面永久变形进行评估(1)式中Μ为沥青路面的永久变形量，单位 ； 为浙青路面温度划分区间数，取值为3 — 6 ； 为浙青路面划分亚层数，取值为4 一 30 ；~为浙青路面第f亚层厚度，单位mm，取值5 — 30 _ ；为浙青路面第 亚层的平均偏应力值，单位
全文摘要
为克服现有技术沥青路面永久变形评估方法存在的评估结果的可靠性较差、模型参数的确定较困难和评估精度还有待于进一步提高等问题，本发明提出一种沥青路面永久变形评估方法。本发明沥青路面永久变形评估方法将沥青路面的环境温度划分为二个或二个以上的区间，将沥青混合料层划分为二个或二个以上的亚层，分别计算不同温度和荷载条件下各亚层的变形量，并根据各亚层的变形量和平均偏应力值对沥青路面永久变形进行评估。本发明沥青路面永久变形评估方法的有益技术效果是合理的利用了叠加原理、力学分析与沥青混合料变形量分析等工具或手段，充分考虑车辆荷载、路面材料特性及温度条件等因素对沥青路面永久变形的影响，能对沥青路面永久变形进行适时评估，为沥青路面的设计、养护和维修提供较为准确的依据。
文档编号G01B21/32GK102331249SQ201110157159
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者曹源文, 李志勇, 梁乃兴, 梅迎军, 秦旻 申请人:重庆交通大学