[发明专利]基于全温域温度分布的沥青路面永久变形快速预测方法

权利要求书

1.一种基于全温域温度分布的沥青路面永久变形快速预测方法，其特征在于：以设定年份的年温度分布频率和温度区间内的平均永久变形量为基本参数，根据公式计算得到设计年份沥青路面沥青层的永久变形，式中，Δh为沥青层永久变形，为理论修正系数；m为路面结构周围环境温度分区数；f_i为第i温度区间内的平均永久变形量；P_i为第i温度区间的温度分布频率；i为1、2、3······n；δ为温度修正系数；所述温度区间内的平均永久变形量为设定年份内不同温度区间行车道轮迹宽度永久变形量的理论值与年温度分布频率的比值，计算公式为f＝aN^b+c，式中，f为温度区间内的平均永久变形量，N为温度区间行车道轮迹宽度荷载作用次数，a、b、c为拟合参数。

2.根据权利要求1所述的基于全温域温度分布的沥青路面永久变形快速预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、以距离路面1cm处的温度作为路表代表温度，按照一定的温度间隔T将其划分为m个温度区间，并以该区间的中间值作为该温度区间的代表温度值，求得各温度区间的全年路面温度分布频率；其中，所述全年路面温度分布频率是指各温度区间全年所占小时数占全年总小时数的百分比；T通常取值为5℃；m为大于1的自然数，通常取值5～10；

S2、采用实测方法或理论模型获得各温度区间不同沥青混合料路面深度的温度值；所述不同沥青混合料路面深度的温度值是指各温度区间在沥青混合料路面不同深度的实测或预测温度值；

S3、确定温度轴载分布，根据公路实际运行情况按轴载大小划分车辆轴载等级并计算不同轴载等级的轴载分布频率，根据设计年限内年平均交通量增长率，结合路面温度分布频率和轴载分布频率计算得到不同轴载等级、不同温度区在设计年限内的轴载作用次数，即温度轴载分布；

S4、通过沥青混合料室内三轴重复荷载永久变形试验，研究沥青混合料在重复荷载作用下的变形规律和抗变形能力，确定重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型并进行修正；

S5、通过动态模量试验确定沥青混合料路面材料温度与模量的关系方程，进而确定沥青混合料路面各温度区间不同深度即不同温度的动态模量；

S6、根据沥青混合料路面结构的实际情况，采用BISAR建立路面结构计算模型，并沿竖向按设定的深度间隔将沥青混合料路面结构划分为n个亚层；其中，沥青层按照1～4cm的间距进行划分，基层和底基层的亚层划分间距增大；在各温度区间代表温度下，利用BISAR软件对建立的路面结构计算模型进行路面结构应力分析，得到沥青混合料路面各亚层内的偏应力分布；

S7、基于重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学修正模型，结合各代表温度下沥青面层各单元层的计算偏应力值，对三轴重复加载永久变形试验结果进行插值与拟合，预测得出沥青路面在代表温度条件下的沥青混合料永久应变预估方程；

S8、考虑道路交通条件，利用沥青路面永久变形预估方法，以年为计量单位，计算第1年行车荷载作用后各温度区间路面轮迹中心位置的永久变形量并求和得路面永久变形量Δh；对2、3、4、5......n年交通荷载进行计算后带入到各温度条件下沥青混合料永久变形方程，计算第2、3、4、5......n年路面的永久变形量，直至该路面变量达到15mm，进而判断沥青路面永久变形寿命，其中，各温度区间的永久变形量按照轴载等级从小往大逐级反算叠加获得，即从轴载等级1t开始根据其交通荷载作用次数N₁代入永久应变修正模型中计算永久应变Δε₁，将Δε₁代入轴载等级2t的永久应变修正模型反算其对应的交通荷载作用次数ΔN₂，然后将轴载等级2t的交通荷载作用次数N₂加上ΔN₂的值N₂′代入轴载等级2t的永久应变修正模型中计算可得到轴载等级1t、2t作用后的永久应变Δε₂，然后再将Δε₂代入轴载等级3t的永久应变修正模型，同理轴载等级2t时永久应变的计算过程，依次类推至轴载等级20t时的永久应变ΔN₂₀，ΔN₂₀即为轴载等级1t正向累加至轴载等级20t路面结构层所产生的总永久应变，将ΔN₂₀与结构层厚度相乘即为此温度区间路面结构层的永久变形量。

3.根据权利要求2所述的基于全温域温度分布的沥青路面永久变形快速预测方法，其特征在于：步骤S2中，依据路表温度构建沥青路面沥青层任意深度处温度的预估模型，利用最小二乘法原理对沥青路面沥青层温度T、路表温度T₀和路面结构层深度h进行多元回归，预估模型如下：

T＝dT₀+eh+q

式中，T为沥青路面沥青层h处的温度；T₀为距路表1cm处的温度；h为路面结构沥青层深度；d、e、q为回归系数；通过不同温度区间的沥青路面沥青层温度预估模型推算路面结构沥青层任意深度的路面温度。