專利名稱：瀝青路面永久變形評估方法
技術領域：
本發明涉及一種浙青路面永久變形評估方法，尤其是涉及一種基于分層分區疊加原理的浙青路面永久變形評估方法。
背景技術：
浙青路面的永久變形直接影響到浙青路面的使用壽命，也涉及到浙青路面的設計和施工。根據不同的使用條件(如荷載、荷載頻率和使用年限等)設計不同的浙青路面，即可減少建設成本，又可有效利用資源。然而，要做到根據使用條件設計浙青路面，就必須對浙青路面在預計使用條件下的永久變形有較為準確的評估，并根據浙青路面永久變形的評估進行設計。另外，還可根據浙青路面永久變形的評估結果，制定浙青路面的保養和維修計劃，延長浙青路面的使用壽命。目前，根據建立評估模型時依據的理論和數據的不同，國、內外評估浙青路面永久變形的基本方法可分為經驗法、力學-經驗法和理論分析法等三大類。經驗法是根據統計學理論，以試驗路段的大量觀測數據為基礎，結合通過室內試驗得到的浙青混合料層的永久變形與荷載、材料特性的關系對浙青路面在不同荷載長期反復作用下產生的永久變形進行評估。經驗法具有針對性較強、可靠度較高等特點，但同時存在較大的局限性。在實際環境與研究或試驗條件的較為一致的情況下，其評估結果較為可靠，一旦實際環境發生改變，則評估結果的可靠性較差，因而，其適用范圍受到限制。與經驗法相比，力學-經驗法在一定程度上減小了使用范圍的局限性，在通用性方面有了改善。力學-經驗法通常先采用彈性層狀體系理論或粘彈性層狀體系理論得到浙青路面應力與位移的關系，再結合室內、外的相關試驗，統計出浙青層的永久變形與路表彎沉、材料性能參數及荷載之間的關系，進而對浙青路面的永久變形進行評估。力學-經驗法考慮了路面的整體效應，但所應用的力學模型不盡合理，有些模型參數的確定較困難，也未得到廣泛應用。理論分析法是以層狀彈性體系理論或粘彈性體系理論為基礎，對路面體系內的應力進行分析和計算，并利用路面浙青混合料永久變形與應力的關系對浙青路面的永久變形進行評估。理論分析法又分為層應變法、粘彈性理論法和有限元法等三種。粘彈性理論法相對較為完善，使用粘彈性理論評估浙青路面的永久變形要比層應變法的評估結果精確， 粘彈性理論法在理論上更接近浙青材料的實際粘彈特性，然而，由于材料的粘彈行為無論在理論上還是在當前常用的材料測試方法上均難以準確把握，因此，粘彈性理論法的評估精度還有待于進一步提高。另一方面，隨著計算機技術的高速發展，浙青路面永久變形的評估方法已從彈性層狀體系的解析法發展到有限元數值法，借助有限元工具，預估精度相對提高，成為目前浙青路面永久變形評估的常用方法。

發明內容
為克服現有技術浙青路面永久變形評估方法存在的評估結果的可靠性較差、模型參數的確定較困難和評估精度還有待于進一步提高等問題，本發明提出一種浙青路面永久變形評估方法。本發明浙青路面永久變形評估方法將浙青路面的環境溫度劃分為二個或二個以上的區間，將浙青混合料層劃分為二個或二個以上的亞層，分別計算不同溫度和荷載條件下各亞層的變形量，并根據下式對浙青路面永久變形進行評估
(1)
式中AA力瀝青路面的永久
變形量，單位.麗；
鋨為浙青路面溫度劃分區間數，取值范圍為3 — 6 ； 為浙青路面劃分亞層數，取值范圍為4 一 30 ；
~為瀝青路面第f亞層厚度，單位_ ,取值范圍為5 — 30 _ ；
為浙青路面第i亞層的平均偏應力值，單位 勵；(O0)f,其每層偏
應力值可通過動荷載作用下路面結構有限元分析計算單元大、小主應力相減求得；
W1Ji為浙青路面第 亞層的變形量，·‘ =ZP1J^o0),其值可通過重復加載修正伯格斯Burgers模型，并結合實驗室內三軸重復加載試驗數據插值與擬合求得。進一步的，本發明浙青路面永久變形評估方法浙青路面第i亞層的平均偏應力值
=( ，其每層偏應力值可通過動荷載作用下路面結構有限元分析計算單元大、
小主應力相減求得，具體步驟包括
①根據擬評估高速公路的路面結構實際情況，基于有限元ANSYS軟件建立路面結構三維有限元計算模型，并沿豎向按照一定的深度間隔將浙青路面劃分為 個亞層， /=U-^,其中，浙青層按照每層5 - 30 _的間距進行劃分，基層、底基層、土基層的亞層間距可增大至每層300mm ；
②根據浙青路面所處地區的年實際溫度情況，將浙青路面的環境溫度劃分為二個或二個以上的區間；
③采用沿道路縱向剖面大小呈正弦波變化的荷載模型，并確定不同荷載模式作用下的輪胎印跡接地面積，確定每一溫度區間內各代表溫度下浙青路面結構模型中各結構亞層材料的彈性模量和泊松比取值；
④在各溫度區間代表溫度下，利用ANSYS軟件對步驟建立的路面結構有限元計算模型進行路面結構應力分析，得到浙青各亞層內的應力分布，并提取荷載作用范圍內的大、 小主應力，求得各代表溫度下浙青路面各亞層的偏應力值。進一步的，本發明浙青路面永久變形評估方法浙青路面第 亞層的變形量
·‘ 二/CTJ^iT0),其值可通過重復加載修正伯格斯Burgers模型，并結合實驗室內三軸重
復加載試驗數據插值與擬合求得，具體步驟包括
①以流變學理論為基礎，基于修正Burgers模型建立適用于重復荷載作用下永久變
形規律的力學模型，*次荷載作用后的永久應變Qw為
權利要求
1.一種浙青路面永久變形評估方法，其特征在于將浙青路面的環境溫度劃分為二個或二個以上的區間，將浙青混合料層劃分為二個或二個以上的亞層，分別計算不同溫度和荷載條件下各亞層的變形量，并根據下式對浙青路面永久變形進行評估
2.根據權利要求1所述浙青路面永久變形評估方法，其特征在于浙青路面第i亞層的平均偏應力值其每層偏應力值可通過動荷載作用下路面結構有限元分析計算單元大、小主應力相減求得，具體步驟包括①根據擬評估高速公路的路面結構實際情況，基于有限元ANSYS軟件建立路面結構三維有限元計算模型，并沿豎向按照一定的深度間隔將浙青路面劃分為 個亞層， /=1Α···.〃，其中，浙青層按照每層5 - 30 _的間距進行劃分，基層、底基層、土基層的亞層間距可增大至每層300mm ；②根據浙青路面所處地區的年實際溫度情況，將浙青路面的環境溫度劃分為二個或二個以上的區間；③采用沿道路縱向剖面大小呈正弦波變化的荷載模型，并確定不同荷載模式作用下的輪胎印跡接地面積，確定每一溫度區間內各代表溫度下浙青路面結構模型中各結構亞層材料的彈性模量和泊松比取值；④在各溫度區間代表溫度下，利用ANSYS軟件對步驟.X建立的路面結構有限元計算模型進行路面結構應力分析，得到浙青各亞層內的應力分布，并提取荷載作用范圍內的大、 小主應力，求得各代表溫度下浙青路面各亞層的偏應力值。
3.根據權利要求1所述浙青路面永久變形評估方法，其特征在于浙青路面第i亞層的變形量^ =/(廠況，其值可通過重復加載修正伯格斯Burgers模型，并結合實驗室內三軸重復加載試驗數據插值與擬合求得，具體步驟包括①以流變學理論為基礎，基于修正Burgers模型建立適用于重復荷載作用下永久變形規律的力學模型，μ次荷載作用后的永久應變Ayir為
4.根據權利要求1所述浙青路面永久變形評估方法，其特征在于該評估方法包括以下步驟①將浙青路面的環境溫度劃分為二個或二個以上的區間；②將浙青混合料層劃分為二個或二個以上的亞層；③求解浙青路面不同溫度期間第i亞層的平均偏應力值(O0)i；④求解浙青路面不同溫度期間第 亞層的變形量、=/(廠況《ο)；⑤根據下式對浙青路面永久變形進行評估(1)式中Μ為瀝青路面的永久變形量，單位 ； 為浙青路面溫度劃分區間數，取值為3 — 6 ； 為浙青路面劃分亞層數，取值為4 一 30 ；~為浙青路面第f亞層厚度，單位mm，取值5 — 30 _ ；為浙青路面第 亞層的平均偏應力值，單位
全文摘要
為克服現有技術瀝青路面永久變形評估方法存在的評估結果的可靠性較差、模型參數的確定較困難和評估精度還有待于進一步提高等問題，本發明提出一種瀝青路面永久變形評估方法。本發明瀝青路面永久變形評估方法將瀝青路面的環境溫度劃分為二個或二個以上的區間，將瀝青混合料層劃分為二個或二個以上的亞層，分別計算不同溫度和荷載條件下各亞層的變形量，并根據各亞層的變形量和平均偏應力值對瀝青路面永久變形進行評估。本發明瀝青路面永久變形評估方法的有益技術效果是合理的利用了疊加原理、力學分析與瀝青混合料變形量分析等工具或手段，充分考慮車輛荷載、路面材料特性及溫度條件等因素對瀝青路面永久變形的影響，能對瀝青路面永久變形進行適時評估，為瀝青路面的設計、養護和維修提供較為準確的依據。
文檔編號G01B21/32GK102331249SQ201110157159
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者曹源文, 李志勇, 梁乃興, 梅迎軍, 秦旻 申請人:重慶交通大學