基于车辙性能优化的桥头搭板处沥青路面刚度协调研究

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改革开放发展几十年以来我国的经济高速发展,公路的发展也很迅猛,沥青路面成为高等级公路的首选。但是随着交通量和车辆载荷的增加,车辙病害成为了沥青路面最主要的病害之一。车辙病害产生的因素有很多,而且每种因素的影响不是独立存在而是相互叠加的。为了有效的防止车辙病害的发生,多因素耦合研究仍然是科研人员需要深入探索的。本文基于车辙的性能优化,通过有限元软件Abaqus建立了桥头搭板路面结构模型,分别改变路面结构的模量和厚度,对沥青路面车辙的发展规律进行分析。设计多因素正交试验,分析当量模量与车辙量之间的关联性。根据车辙量变化规律提出桥头搭板处沥青路面刚度的取值范围,同时提出刚度协调优化方法。具体内容包括以下几个部分:(1)通过室内试验分别得到上、中和下面层材料的最佳配合比,并依据这三种配合比成型试件。采用AMPT沥青混合料性能试验仪测试各级配在30℃、45℃、60℃下的动态模量。再采用SPT试验机进行蠕变试验,得到在不同温度和不同应力下的蠕变曲线并进行拟合分析,得到蠕变参数A、n、m。(2)采用有限元软件Abaqus计算符合桂林夏季温度变化的温度场模型。在温度场模型的基础上计算各结构层模量变化后的车辙变形量,分析可知车辙变形量随着各结构层模量的增大而减小。改变上、下面层的厚度时计算得到车辙变形量随其厚度的增加而增加。但中面层的厚度在增加的过程中,车辙变形量先增加后减少且当厚度达到16 cm后趋于稳定。基层和桥头搭板的厚度对车辙变形量基本无影响。此外,提高行车速度能有效降低路面的车辙变形量。(3)通过对车辙影响因素显著性分析,确定影响较大的内部因素,对它们的模量和厚度设计增量水平并进行正交试验设计。计算各组合的当量模量和车辙变形量,根据计算结果分析两者间的变化规律。结果表明当量模量在7 100~7 610 MPa范围内时,当量模量越大车辙越小。通过分类分析进一步优化当量模量的取值范围,当量模量控制在7417~7 522 MPa范围内时,能够有效的控制车辙的发生。
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