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原文传递基于数值法的浇注式沥青混合料高温稳定性评价方法研究

论文题名：	基于数值法的浇注式沥青混合料高温稳定性评价方法研究
关键词：	桥面铺装;浇注式沥青混合料;黏弹性参数;高温稳定性
摘要：	浇注式沥青混合料因其良好的随从变形能力、密水性等特点广泛应用在钢桥面铺装工程。因浇注式沥青混合料油石比高，使其作为下面层附着于具有热导效应与储热作用的钢桥面板时，极易产生高温流变永久变形。这也是过去十余年行业对钢桥面浇注式沥青铺装高温稳定性的担忧所在。如何准确、系统的评价浇注式混合料的高温稳定性，以指导材料开发与结构优化就显得尤为重要。对于目前存在的多种试验评价方法，受其加载机理及测试条件的限制，部分试验条件或混合料力学指标不能展示。因此本文采用数值仿真技术对不同高温稳定性评价方法进行模拟，实现对浇注式沥青混合料变形等高温稳定性的高效、全方位表征。　　在浇注式沥青混合料配合比设计的基础上，采用静态贯入度、动态贯入度、车辙动稳定度作为沥青混合料高温稳定性评价指标，在不同温度条件下进行了相应指标测试。同时，为探究浇注式沥青混合料在不同温度条件下的蠕变特性，查阅相关文献确定了单轴动态蠕变试验条件，并在15℃、25℃、35℃、45℃、60℃温度条件下进行了蠕变试验，获取试验过程中应变-时间数据。　　根据浇注式沥青混合料蠕变试验规律，选用Burgers模型、修正Burgers模型，运用应力冲量等效、Boltzmann迭加原理，推导了浇注式沥青混合料在蠕变试验条件下的Burgers模型与修正Burgers模型静态、动态参数形式的累积应变表达式。采用优化的最小二乘法对蠕变试验数据以本研究推导的累计应变形式进行非线性拟合，得到了不同温度条件下的浇注式沥青料黏弹性参数。　　最后基于ANSYS软件建立静态贯入度、动态贯入度、车辙动稳定度试验的有限元模型，将Burgers模拟、修正Burgers模型黏弹性参数转化为Prony级数形式，进行了60℃条件下不同试验方法有限元模拟计算，将模拟值与实测值进行对比并建立相关性分析，确定了不同评价方法的最佳黏弹性参数。同时建立了浇注式沥青混合料+改性沥青SMA复合结构有限元模型，对不同高温稳定性评价方法的混合料应力随时间的变化曲线与组合结构中浇注式沥青混合料应力响应曲线对比。　　研究结果表明：Burgers模型、修正Burgers模型对于表征浇注式沥青混合料黏弹性行为具有较高的适用性；浇注式沥青混合料高温稳定性评价方法的有限元模型分析结果与实测变形-时间规律吻合度较高，静态贯入度试验采用修正Burgers静态参数模拟效果最佳，动态贯入度试验与车辙试验模拟采用Burgers模型动态参数模拟效果最佳；静态贯入度试验中最大剪应力、竖向压应力变化趋势与组合结构GA层最大剪应力变化趋势基本一致，静态贯入度试验是最适宜评价浇注式沥青混合料在组合结构中受力特征的高温稳定性评价方法。　　本文提出了浇注式沥青混合料黏弹性参数取值方法，对钢桥面铺装理论分析奠定了基础，同时建立了不同试验方法有限元数值模型，可实现非单一条件下对浇注式沥青混合料高温稳定性全方位评价，对进一步认清不同评价方法的差异具有重要意义。
作者：	万国琪
专业：	交通运输工程
导师：	王民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022