[发明专利]基于路面材料模量应力和应变依赖模型的沥青路面结构分析当量方法

权利要求书

1.基于路面材料模量应力和应变依赖模型的沥青路面结构分析当量方法，包括如下步骤：

1)选择拟分析的沥青路面结构形式和材料类型，确定计算荷载类型、层间结合条件、各层厚度h_i和泊松比μ_i，其中：参数i代表沥青路面结构层数量，为正整数；

2)根据拟分析的沥青路面结构形式和材料类型，通过室内试验确定沥青混合料复模量应变依赖模型、半刚性基层和路基土回弹模量应力依赖模型，以该组模型作为沥青路面结构分析时各层的模量取值依据，该组模型采用如下步骤获得；

(1)沥青混合料复模量应变依赖模型确定方法

①.在不同应变水平、不同加载频率、不同试验温度下进行沥青混合料复模量试验；

②.按照下述方法获得以某一频率为基准频率，不同应变水平下、基于温度参数的沥青混合料复模量主曲线；

(i)在某应变水平下，采用Boltzmann函数表征某一频率时温度与沥青混合料复模量对数的相关关系，

(ii)以(i)中的Boltzmann函数关系为基准，根据时温等效原理引入温度移位因子α，将该应变水平下、其他频率时温度与复模量的试验数据进行平移处理，得到一组新的平移后温度-复模量试验，

(iii)采用式(1)对(ii)中的数据进行回归分析，得到该应变水平下，以某一频率作为基准频率基于温度参数的沥青混合料复模量主曲线，函数表达式为式(1)，

式中：T——温度，单位为℃；

E——以10为底的沥青混合料复模量对数；

A₁、A₂、x₀、dx——回归参数，

(iv)采用(i)、(ii)、(iii)中的方法，可得到其他应变水平下，以某一频率为基准频率、基于温度参数的沥青混合料复模量主曲线，

③.将步骤②中不同应变水平下的平移后温度-复模量试验数据，整理成自变量为温度和应变水平、因变量为复模量对数的数据格式，采用式(2)对其进行回归分析，可得到基于温度参数的沥青混合料复模量应变依赖模型，

式中：T——温度，单位为℃；

E——以10为底的沥青混合料复模量对数；

ε——应变，单位为1×10²με；

a、b、c、x₀、dx——回归参数；

(2)半刚性基层回弹模量应力依赖模型确定方法

[1].根据拟分析的沥青路面结构形式和材料类型，确定半刚性基层的无机结合料类型、被稳定材料类型和试件养生龄期，通过调整无机结合料剂量和被稳定材料级配组成，得到不同强度水平的半刚性基层材料；

[2].采用步骤[1]中不同强度水平的半刚性基层材料，分别进行压缩受力模式的强度及回弹模量试验、弯拉受力模式的强度及回弹模量试验；

[3].根据受力模式，将步骤[2]中的试验数据整理成自变量为强度和应力水平，因变量为回弹模量的数据格式；

[4].采用式(3)的二元二次模型对步骤[3]中压缩受力模式下的数据进行回归分析，采用式(4)的幂函数模型对步骤[3]中的弯拉受力模式下的数据进行回归分析，得到以式(3)和式(4)表达的基于强度水平的半刚性基层回弹模量应力依赖模型；

E＝f(σ,R)＝a·σ²+b·σ+c·R+d 式(3)

E＝f(σ,R)＝a·R^c·(σ+1)^b 式(4)

式中：E——压缩或弯拉回弹模量，单位为MPa；

σ——应力水平，单位为MPa；

R——压缩或弯拉强度，单位为MPa；

a、b、c、d——回归参数；

(3)路基土回弹模量应力依赖模型确定方法

<1>.在不同围压σ₃和偏应力σ_d下进行路基土动态三轴回弹模量试验；

<2>.在步骤<1>的不同围压σ₃下进行路基土三轴破坏强度试验；

<3>.将步骤<1>和步骤<2>中的试验数据整理成自变量为偏应力和破坏强度，因变量为动态回弹模量的数据格式；

<4>.采用式(5)对步骤<3>中的数据进行回归分析，可得到以式(5)表达的基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型，

式中：E——动态三轴回弹模量，单位为MPa；

σ_d——三轴试验偏应力，单位为MPa；

p_a——大气压力，取0.10138MPa；

R——三轴破坏强度，单位为MPa；

a、b、K₁、K₂、K₃——回归参数；

3)根据拟分析的沥青路面结构形式和材料类型，给定一组各层材料模量初始值E_i⁰，结合步骤1)中的厚度h_i和泊松比μ_i，以沥青路面结构各层受力最不利点位作为当量计算点，采用弹性层状体系理论计算各当量计算点的Mises等效应力和等效应变；

4)将步骤3)中各沥青层当量计算点的Mises等效应变代入沥青混合料复模量应变依赖模型式(2)、各半刚性基层当量计算点的Mises等效应力代入半刚性基层回弹模量应力依赖模型式(3)或式(4)、路基层当量计算点的Mises等效应力代入路基土回弹模量应力依赖模型式(5)，得到一组新的各层材料模量值

5)比较和当二者相等或相对误差达到最小值时，计算结束；否则，重复步骤3)和步骤4)进行迭代计算，直至满足收敛精度要求为止；

6)采用步骤5)中满足收敛精度要求时的各层模量值作为各结构层的最终模量E_i；

7)采用步骤6)中各结构层的最终模量，根据弹性层状体系理论计算沥青路面结构内部任意一点的应力、应变和位移，从而得到基于路面材料模量应力或应变依赖模型和当量方法的沥青路面结构分析结果。