瀝青路面結構設計的若干基礎理論問題研究

《瀝青路面結構設計的若干基礎理論問題研究》是依託長沙理工大學，由鄭健龍擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：瀝青路面結構設計的若干基礎理論問題研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：鄭健龍
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

瀝青路面是我國最常用的路面結構形式，但其使用壽命往往難以達到設計年限。除材料、施工和超載等因素外，現有結構設計理論體系所存在的諸多問題為其主要原因。本項目的目標是通過系統研究解決瀝青路面結構設計存在的若干基礎理論問題。.通過一維和三維應力狀態下瀝青混合料強度試驗的比較研究，提出複雜應力條件下瀝青混合料的強度理論和瀝青路面設計的強度控制指標與標準；通過大量的數值模擬和足尺試驗，揭示瀝青路面的破壞源及其發展規律，提出實際瀝青路面結構的破壞準則，建立重複荷載作用下瀝青路面變形特性及路表彎沉演化規律，提出以彎沉為路面整體剛度指標的設計標準；在考慮非線性疲勞損傷特性的基礎上，揭示重複荷載作用下的瀝青混合料和半剛性基層材料損傷演化和強度衰變規律，提出瀝青路面結構設計軸載換算新方法以及瀝青路面抗疲勞設計控制指標與標準。在此基礎上，進一步完善我國瀝青路面結構設計理論與方法，提高我國路面使用壽命與服務水平。

結題摘要

我國瀝青路面使用壽命往往難以達到設計年限，除材料、施工和超載等因素外，現有結構設計理論體系所存在的諸多問題亦為其主要原因。項目研究解決了瀝青路面結構設計存在的若干基礎理論問題。 通過系統的理論分析與室內外試驗，發現瀝青路面在輪載作用下處於三維應力狀態，我國現規範以一維狀態下的最大拉應力強度理論作為破壞準則，不能真實反映結構的抗力，故研發了一種複雜應力狀態下強度試驗新方法-氣囊三軸試驗，建立了三維複雜應力狀態下瀝青混合料的破壞準則；提出了基於真實應力比的瀝青混合料疲勞方程，並建立了基於真實應力比疲勞方程的瀝青路面抗拉強度結構係數計算新方法，彌補了現設計規範在設計標準確定方面的不足。 在對瀝青路面材料疲勞試驗結果分析的基礎上，建立了動模量和剩餘強度的冪函式衰變模型，揭示了重複荷載下瀝青混合料和水泥穩定碎石半剛性基層材料剛度和強度的非線性衰變規律，構建了基於剛度衰變和剩餘強度的非線性疲勞損傷演化方程；突破經典Miner線性損傷準則的局限性，提出了能同時考慮載入歷史與損傷演化歷史影響的瀝青路面軸載換算新方法，並開發了實時評價超載車輛對路面破壞作用的定量分析方法，為瀝青路面荷載作用效應分析的科學性提供了重要依據。 揭示了溫度型裂縫和荷載型裂縫的開裂機理，建立了熱力耦合條件下瀝青路面粘彈性溫度應力計算模型，揭示了交通與溫度荷載耦合下瀝青路面力學回響特性；建立了複雜接觸應力作用下瀝青路面力學回響計算模型，開發了動態、非均布交通荷載下瀝青路面結構動力學回響分析軟體，揭示了基於光纖光柵感測技術的瀝青路面結構動力學回響變化規律。 研究發現車輪載作用區附近的應力狀態非常複雜，可引起路表的疲勞開裂而導致路面結構失效，應是瀝青面層疲勞破壞的破壞源。從統一設計標準與竣工驗收標準的新視角，提出了瀝青路面設計狀態的新思想，創建了以設計彎沉為指標的瀝青路面結構設計新標準與竣工驗收標準，並建立了瀝青路面設計新方法，提高了結構的耐久性。 項目研究完成了計畫書規定的內容，實現了預期目標，達到了預期目的。研究成果獲國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步一等獎1項、二等獎1項，授權發明專利6項，實用新型專利3項，軟體著作權2項，正在實審發明專利6項，出版學術專著1部，發表學術論文52篇，其中SCI收錄5篇，EI收錄19篇，培養博士後2名，博士生5名，碩士研究生26名，舉辦或參加國內外學術會議13次。