機場複合道面的層間力學性狀及其演變

《機場複合道面的層間力學性狀及其演變》是依託同濟大學，由趙鴻鐸擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：機場複合道面的層間力學性狀及其演變
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：趙鴻鐸
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

複合道面的力學行為和使用壽命對層間性狀非常敏感。飛機加減速、轉彎和掉頭產生的顯著水平力，加劇了層間性狀的非線性及其對道面的影響。瀝青面層和水泥混凝土板的層間是複合道面中的最薄弱環節，受荷載、環境、結構、材料、工藝等的影響，行為複雜。傳統結構分析中簡單的層間狀態假定與實際不符，易導致結構設計與評價失效，其改進的核心是掌握層間力學性狀和演變規律。本項目圍繞複合道面中瀝青面層與混凝土板的層間問題，以瀝青粘結類處理為重點，研發層間力學性狀多尺度試驗方法和精細化模擬技術；系統分析複合道面層間對飛機作用的力學回響，明確溫度等外部因素的影響程度，全面揭示層間力學性狀的非線性特徵；試驗分析重複荷載和凍融循環作用下的層間力學性能與狀態，揭示層間性狀隨荷載累積和環境變化的演變規律；面向結構設計、評價與壽命預估，提出複合道面層間力學性狀的表征模型和演變方程。從而為構建複合道面結構設計與評價新方法提供理論和數據。

結題摘要

機場複合道面具有優秀的承載能力和功能性能，是跑道加鋪的主流形式，但其力學行為和使用壽命對層間性狀非常敏感。飛機加減速、轉彎和掉頭產生的水平力會加劇了層間性狀的非線性及其對道面的影響。瀝青面層和水泥混凝土板的層間是複合道面中的最薄弱環節，受荷載、環境、結構、材料、工藝等的影響，行為複雜。傳統結構分析中簡單的層間狀態假定與實際不符，易導致結構設計與評價失效，其改進的核心是掌握層間力學性狀和演變規律。 本項目圍繞複合道面中瀝青面層與混凝土板的層間問題，以瀝青粘結類的層間處理方法為重點，提出以剪下破壞模式為核心的層間力學狀態實驗方法，研發了複合道面結構層間實驗裝置並完成了適用於現場工況模擬的多因素影響實驗，得到了典型工況下的複合道面層間剪應力-位移曲線，確定了層間力學性能和狀態的表征指標並進行了敏感性分析，提出了層間性能的表達模型； 通過精細化模擬技術建立了考慮層間接觸的複合道面結構的三維有限元模型，由力學試驗和有限元計算結果，研究了瀝青粘接類層間在飛機和環境因素作用下的力學回響規律，全面揭示層間力學性狀的非線性特徵，研究結果表明：在單輪荷載下，層間是道面結構相對縱向變形最大的地方，是結構最薄弱處，在多輪荷載下，疊加效應增大了結構回響值，對於縱向剪應力提升幅度達81.2%； 通過直接剪下和疲勞剪下試驗分別分析了凍融循環和重複荷載作用下的層間力學性能與狀態，揭示層間性狀隨荷載累積和環境變化的演變規律，實驗結果表明層間在多周期凍融循環下抗剪強度和殘餘強度不斷衰減，且趨勢緩和，凍融循環會造成部分粘結層與水泥脫粘；面向結構設計、評價與壽命預估，提出複合道面層間力學性狀的三階段層間狀態演變模型和表征方程。 本項目綜合考慮飛機荷載、環境作用和層間結構三類影響的作用，系統的分析了各因素，從而為構建複合道面結構設計與評價新方法提供理論和數據。