临哈线青敖段半刚性基层材料回弹模量演变特性研究

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目前,半刚性基层以具备较高的强度及较强的荷载扩散能力而被作为沥青道路基层广泛使用。国内现行规范设计阶段对半刚性基层材料回弹模量选取采用静态取值法,并未考虑材料模量服役期的演变行为。因此,对在役半刚性基层回弹模量演变规律及参数取值展开深入研究具有重要的科学意义和应用价值。本文源自内蒙古交通运输厅建设科技项目(NJ-2014-019),以京新高速临哈线青敖段2km半刚性基层试验路为研究对象,结合现场路面数据采集系统,围绕服役期半刚性基层模量的衰变特性展开研究,主要研究成果如下:(1)受边坡影响,试验段沥青路面半刚性基层温度沿横向呈不均匀分布。提出边坡影响因子概念量化了不同季节道路边坡对基层温度分布影响程度,试验结果表明冬季边坡对道路基层温度分布影响大于夏季;通过对基层温度与应变关系分析,从而建立基层应变与温度的关系方程,并采用温度等效原则得到车辆荷载作用下基层应变的发展规律。(2)基于疲劳损伤理论推演出半刚性材料模量及应变演变模型,以内蒙古现役道路基层数据对模型进行综合评价,推荐出适合于在役半刚性材料模量衰变模型及应变发展模型。结合试验路现场实测基层模量及应变数据,采用最小二乘法对模型中相关参数进行估计,得到试验路基层模量演变方程及应变发展方程,并对试验路基层疲劳寿命进行预测,预测结果显示:基层预估寿命低于设计寿命。(3)以试验路及内蒙古在役道路半刚性基层模量衰变方程为研究对象,对服役期半刚性基层材料模量演变规律进行分析,结果表明服役期半刚性基层模量分三阶段演变:第一阶段模量迅速衰变,约占总使用寿命的5~10%;第二阶段模量平稳衰变,约占总使用寿命的70~80%;第三阶段模量加速衰变直至材料破坏。(4)利用服役期半刚性基层材料模量三阶段衰变规律,以第二阶段模量衰变范围为有效模量值进行参数的选取,并结合半刚性基层材料相关室内试验对选取参数进行综合修正,最终推荐了适合于临哈线及内蒙古西北部地区半刚性基层材料回弹模量合理取值范围。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第11-23页
    1.1 课题的提出及研究意义第11-12页
    1.2 国内外研究现状第12-20页
        1.2.1 材料疲劳损伤研究现状第12-13页
        1.2.2 材料模量衰变规律研究现状第13-20页
    1.3 主要研究内容及技术路线第20-23页
        1.3.1 主要研究内容第20-21页
        1.3.2 研究技术路线第21-23页
2 试验段基本概况及现场数据采集系统第23-51页
    2.1 依托实体工程及试验段道路概况第23-25页
        2.1.1 试验段所在区域地质水文第23页
        2.1.2 试验段地区气候条件第23-24页
        2.1.3 所在区域交通条件第24-25页
        2.1.4 试验路基本概况第25页
    2.2 试验段路面结构厚度设计第25-39页
        2.2.1 设计方法第25-26页
        2.2.2 设计标准第26-27页
        2.2.3 试验段公路自然区划第27页
        2.2.4 交通调查第27-30页
        2.2.5 路面材料参数选取第30页
        2.2.6 试验路结构层厚度设计第30-31页
        2.2.7 试验路施工质量控制第31-39页
    2.3 现场数据采集系统第39-42页
        2.3.1 概述第39页
        2.3.2 数据采集系统第39-42页
    2.4 传感器布置与现场埋设第42-50页
        2.4.1 传感器埋设方案第42-45页
        2.4.2 传感器工作原理第45-46页
        2.4.3 传感器现场埋设及数据采集第46-50页
    2.5 本章小结第50-51页
3 基于损伤力学的半刚性材料模量及应变演变模型构建第51-63页
    3.1 Lemaitre损伤理论第51-53页
        3.1.1 损伤变量第51-52页
        3.1.2 截面有效应力第52页
        3.1.3 应变等效假定第52-53页
    3.2 疲劳损伤模型第53-57页
        3.2.1 线性疲劳损伤模型第53-54页
        3.2.2 非线性疲劳损伤模型第54-57页
    3.3 半刚性基层材料模量及应变演变模型构建第57-61页
        3.3.1 疲劳方程的建立第58-59页
        3.3.2 半刚性基层材料模量演变模型构建第59-60页
        3.3.3 半刚性基层材料应变发展模型构建第60-61页
    3.4 本章小结第61-63页
4 试验段温度分布及对基层影响分析第63-81页
    4.1 温度场研究现状第63-64页
    4.2 试验段基层温度分布规律研究第64-72页
        4.2.1 短期温度数据分析第64-67页
        4.2.2 边坡对基层横断面温度分布影响第67-70页
        4.2.3 长期温度数据分析第70-72页
    4.3 试验段基层应变规律分析第72-75页
        4.3.1 现场应变采集种类第72-73页
        4.3.2 基层短期纵向应变分析第73页
        4.3.3 基层长期纵向应变分析第73-75页
    4.4 试验段基层应变与温度关系分析第75-78页
        4.4.1 基层应变与温度关系分析第75-76页
        4.4.2 基层应变与温度回归模型建立第76-77页
        4.4.3 试验段基层荷载应变变化规律第77-78页
    4.5 本章小结第78-81页
5 试验段基层材料模量及应变演变规律研究第81-111页
    5.1 半刚性基层材料模量衰变模型概述第81-84页
        5.1.1 基于疲劳损伤的半刚性基层材料模量衰减模型第81-82页
        5.1.2 室内半刚性基层模量衰减模型第82-84页
    5.2 基于现役道路对基层模量衰变模型评价分析第84-93页
        5.2.1 服役状态第84页
        5.2.2 道路基本结构形式第84-86页
        5.2.3 累计交通量统计第86-88页
        5.2.4 基层回弹模量第88页
        5.2.5 演变模型综合性评价第88-93页
    5.3 基于基层模量衰减的力学响应分析第93-96页
        5.3.1 基层模量与基层应力应变关系分析第93-94页
        5.3.2 轴载与基层顶底竖向应力关系分析第94-96页
    5.4 试验段基层模量及应变随交通量演变方程构建第96-109页
        5.4.1 试验段监测期交通第96-98页
        5.4.2 试验段基层应变随交通量发展方程建立第98-102页
        5.4.3 试验段基层模量随交通量衰变方程建立第102-105页
        5.4.4 试验段基层模量及应变预测验证第105-107页
        5.4.5 基层衰变规律分析及寿命预估第107-109页
    5.5 本章小结第109-111页
6 半刚性基层材料模量参数取值研究第111-125页
    6.1 半刚性基层模量参数取值方法研究第111-112页
        6.1.1 模量静态取值法第111-112页
        6.1.2 模量衰变取值法第112页
    6.2 基于室内试验基层模量参数取值第112-120页
        6.2.1 试验方案第112-113页
        6.2.2 试验原材料第113-115页
        6.2.3 试验结果及处理方法第115-118页
        6.2.4 试验结果分析第118-119页
        6.2.5 半刚性基层材料模量确定第119-120页
    6.3 基于室外试验基层模量参数取值第120-123页
        6.3.1 基于模量衰变的基层模量参数选取第120-122页
        6.3.2 基于室内试验基层模量参数修正第122-123页
    6.4 本章小结第123-125页
7 结论与展望第125-128页
    7.1 主要研究内容及结论第125-126页
    7.2 创新点第126页
    7.3 展望第126-128页
参考文献第128-134页
致谢第134-136页
附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目第136页
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论文编号ABS4290770,这篇论文共136页
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