[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

说明书

本发明涉及一种基于路面材料应力和应变依赖模型的沥青路面结构分析当量方法，根据拟分析的沥青路面结构形式和材料类型，确定各层厚度、泊松比和路面材料模量应力(应变)依赖模型，采用路面材料模量应力(应变)依赖模型表征沥青路面结构各层模量，结合计算荷载和层间结合条件建立计算分析体系，以沥青路面结构各层受力最不利点位作为当量计算点，通过迭代计算获得各结构层的最终模量，在此基础上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。该方法考虑了材料非线性问题对路面力学计算所带来的影响，使沥青路面结构受力分析更趋合理和完善。

技术领域

本发明主要涉及道路工程领域，特别涉及由于路面材料非线性特性所引起的沥青路面结构受力分析问题。

背景技术

荷载作用下路面结构的真实力学响应，一直是路面结构分析理论与设计方法研究中的基础理论问题。由于组成材料的多样性和复杂性，路面结构在车辆荷载和自然环境作用下的力学响应，多表现出较为明显的非线性特性。多年来，为了揭示路面结构服役性能的演变机理、建立更加符合实际路面结构和材料力学响应行为的设计理论，国内外研究人员一直在努力探索荷载作用下路面结构的真实力学响应，但由于路面材料的非线性特性，常不能得到满意的结果。

现阶段，基于线弹性假设的路面结构分析方法，由于物理方程不能正确描述沥青路面材料的非线性本构关系，加上结构层模量试验方法的多样性和取值的不确定性，导致难以准确、客观地评价路面结构的真实受力状态，不利于指导新建路面设计和在役路面寿命评估。

按照经典的线弹性力学理论，材料的模量是其固有属性，与环境、外力无关，一般为定值。然而，大量的室内外试验表明，路面材料的模量与应力、应变、强度等指标密切相关，会随着荷载水平的变化而变化，而且不同应力路径、不同试验条件下的模量数值差异较大，表现出十分明显的非线性特性，路面材料的模量并不是定值，而是一个与应力、应变或强度有关的函数表达式，即应力(应变)依赖模型，为了获得路面结构的真实力学响应，必须考虑材料非线性问题对路面力学计算所带来的影响。

发明内容

本发明为基于路面材料模量应力(应变)依赖模型的沥青路面结构分析当量方法，根据路面材料的非线性特性，采用路面材料模量应力(应变)依赖模型表征沥青路面结构各层材料模量，以沥青路面结构各层受力最不利点位作为当量计算点，提出一种全新沥青路面结构力学分析方法，该方法考虑了材料非线性问题对路面力学计算所带来的影响，使沥青路面结构受力分析更趋合理和完善。

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，