沥青路面结构设计的若干基础理论问题研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

位置：立项数据库 > 立项详情页

沥青路面结构设计的若干基础理论问题研究

项目名称：沥青路面结构设计的若干基础理论问题研究
项目类别：重点项目
批准号：51038002
申请代码：E080703
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：郑健龙
依托单位：长沙理工大学
批准年度：2010

中文摘要：

沥青路面是我国最常用的路面结构形式，但其使用寿命往往难以达到设计年限。除材料、施工和超载等因素外，现有结构设计理论体系所存在的诸多问题为其主要原因。本项目的目标是通过系统研究解决沥青路面结构设计存在的若干基础理论问题。通过一维和三维应力状态下沥青混合料强度试验的比较研究，提出复杂应力条件下沥青混合料的强度理论和沥青路面设计的强度控制指标与标准；通过大量的数值模拟和足尺试验，揭示沥青路面的破坏源及其发展规律，提出实际沥青路面结构的破坏准则，建立重复荷载作用下沥青路面变形特性及路表弯沉演化规律，提出以弯沉为路面整体刚度指标的设计标准；在考虑非线性疲劳损伤特性的基础上，揭示重复荷载作用下的沥青混合料和半刚性基层材料损伤演化和强度衰变规律，提出沥青路面结构设计轴载换算新方法以及沥青路面抗疲劳设计控制指标与标准。在此基础上，进一步完善我国沥青路面结构设计理论与方法，提高我国路面使用寿命与服务水平。

中文主题词：沥青路面；强度理论；破坏源；非线性疲劳损伤；设计方法

英文摘要：

asphalt pavement；strength theory；destruction source；nonlinear fatigue damage；design method

英文主题词： asphalt pavement；strength theory；destruction source；nonlinear fatigue damage；design method

结论摘要：

我国沥青路面使用寿命往往难以达到设计年限，除材料、施工和超载等因素外，现有结构设计理论体系所存在的诸多问题亦为其主要原因。项目研究解决了沥青路面结构设计存在的若干基础理论问题。通过系统的理论分析与室内外试验，发现沥青路面在轮载作用下处于三维应力状态，我国现规范以一维状态下的最大拉应力强度理论作为破坏准则，不能真实反映结构的抗力，故研发了一种复杂应力状态下强度试验新方法-气囊三轴试验，建立了三维复杂应力状态下沥青混合料的破坏准则；提出了基于真实应力比的沥青混合料疲劳方程，并建立了基于真实应力比疲劳方程的沥青路面抗拉强度结构系数计算新方法，弥补了现设计规范在设计标准确定方面的不足。在对沥青路面材料疲劳试验结果分析的基础上，建立了动模量和剩余强度的幂函数衰变模型，揭示了重复荷载下沥青混合料和水泥稳定碎石半刚性基层材料刚度和强度的非线性衰变规律，构建了基于刚度衰变和剩余强度的非线性疲劳损伤演化方程；突破经典Miner线性损伤准则的局限性，提出了能同时考虑加载历史与损伤演化历史影响的沥青路面轴载换算新方法，并开发了实时评价超载车辆对路面破坏作用的定量分析方法，为沥青路面荷载作用效应分析的科学性提供了重要依据。揭示了温度型裂缝和荷载型裂缝的开裂机理，建立了热力耦合条件下沥青路面粘弹性温度应力计算模型，揭示了交通与温度荷载耦合下沥青路面力学响应特性；建立了复杂接触应力作用下沥青路面力学响应计算模型，开发了动态、非均布交通荷载下沥青路面结构动力学响应分析软件，揭示了基于光纤光栅传感技术的沥青路面结构动力学响应变化规律。研究发现车轮载作用区附近的应力状态非常复杂，可引起路表的疲劳开裂而导致路面结构失效，应是沥青面层疲劳破坏的破坏源。从统一设计标准与竣工验收标准的新视角，提出了沥青路面设计状态的新思想，创建了以设计弯沉为指标的沥青路面结构设计新标准与竣工验收标准，并建立了沥青路面设计新方法，提高了结构的耐久性。项目研究完成了计划书规定的内容，实现了预期目标，达到了预期目的。研究成果获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖1项、二等奖1项，授权发明专利6项，实用新型专利3项，软件著作权2项，正在实审发明专利6项，出版学术专著1部，发表学术论文52篇，其中SCI收录5篇，EI收录19篇，培养博士后2名，博士生5名，硕士研究生26名，举办或参加国内外学术会议13次。

成果综合统计