层间非完全连续沥青路面动力响应研究

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目前国内外沥青路面的设计方法均是使用层间完全连续接触的层状线弹性体系理论,然而基于这种方法对沥青路面结构进行设计计算,一方面难以反映沥青混合料的蠕变、松弛等粘弹性行为;另一方面,沥青路面结构的层间接触并非完全连续,因此会造成路面结构力学性能计算结果与路面实际运行状态存在差异。针对以上问题,为进一步完善沥青路面结构设计计算理论,本文基于解析的方法开展了层间非完全连续沥青路面动力响应问题的研究,具体内容如下:首先,采用修正的Burgers模型描述沥青混合料的粘弹性变形特性,并考虑路面结构的层间接触实际状况,建立车辆荷载作用下层间非完全连续沥青路面计算模型。利用Laplace-Hankel积分变换将动态平衡偏微分方程组转化为常微分方程组,构建路面各层位移与应力关系的传递矩阵,引入转换矩阵改变层间连续状态,依据边界条件求得层间非完全连续路面结构动力响应解析解。基于实例计算结果,发现沥青混合料的粘弹性系数B和η2对路表弯沉峰值出现的时间有一定的迟滞作用,而路面结构的层间非完全连续条件会使得路表弯沉响应显著增加。其次,考虑车辆的制动情况,分别将车辆制动时的水平荷载与竖向荷载简化为连续式半矩形波与半正弦波,推导得到车辆制动条件下的层间非完全连续沥青路面动力响应解析表达式。研究表明,车辆制动条件下的路表弯沉响应要比未考虑水平荷载时更强烈,良好的层间粘结状况是改善路表弯沉响应的重要途径。最后,综合考虑层间粘结系数、面层厚度、基层厚度、基层模量、土基模量、面层弹性模量以及粘弹性系数等因素的影响,设计正交试验,通过正交直观极差分析法,分析了各影响因素对路表弯沉响应的敏感性。结果显示,影响路表弯沉响应的首要因素为层间粘结系数。本文通过解析方法得到了层间非完全连续沥青路面动力响应解析表达式,并编写了计算程序,更深入的研究沥青路面动力响应的变化规律。该成果对沥青路面结构计算理论有一定推动作用,可为路面结构优化与设计提供一定的参考。
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