刚性路面沥青夹层早龄期-服役期影响机制研究

作     者：魏志敏 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡昌斌

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：刚性路面板 沥青功能夹层 早龄期 服役期 力学行为 

摘      要：刚性路面在重载交通作用下经常出现过早断板现象,近年来业界提出在面板与基层之间设置沥青功能夹层,改善刚性路面的力学性能,但目前相关理论研究落后于工程实践。特别是,近年来早龄期理论分析显示界面的影响十分复杂。鉴于此,本文拟通过数值分析,现场足尺板试验的方法,重点对沥青功能夹层的早龄期-服役期工作影响机制开展研究。具体包括沥青夹层路面板早龄期力学行为、参数敏感性,夹层参数影响机制,以及考虑车辆荷载作用下沥青夹层路面板早龄期-服役期工作机制。具体研究结论如下：沥青夹层路面板在前72h翘曲变形主要以板角翘曲为主,72h后随着弹性模量的增长1/4路面板、板中处才参与翘曲变形,并出现板中脱空现象。早龄期应力随龄期增长而增长,且板角处及板中处应力变化规律不一致,板角处顶部和底部同时表现受拉或者受压,而板中处顶部和底部早龄期应力出现拉压反向的特点。与普通板相比,设置沥青夹层后板角处翘曲位移显著减小,但是板中的翘曲量则明显增大。同时,沥青夹层设置会显著减小路面板早龄期拉应力,而板底剪应力主要受到板中翘曲影响,板中翘曲量越大,板底剪应力越大。对早龄期路面板的翘曲和应力的参数敏感性分析表明,弹性模量、热膨胀系数、泊松比、徐变柔度参数等材料参数影响显著,夹层界面切向刚度影响则居其次,夹层厚度和模量的影响较弱。夹层界面切向刚度的增大会明显增加路面板早龄期板角翘曲,却又显著降低板中翘曲量。夹层厚度和模量增加对路面板早龄期拉应力影响不大,但会显著减小板底剪应力和早期界面开裂风险。四个季节下设置沥青夹层后板角翘曲及板底拉应力均降低,春秋冬季板中位移变化不大。而夏季早期施工设置夹层后板中在较早龄期便开始出现拱起现象,且拱起量明显大于未设夹层板,夏季板底拉应力下降最明显。与未设夹层结构相比,车辆荷载和早龄期性状耦合作用下,设沥青夹层结构受荷性能明显更加不利。对耦合应力影响显著的早龄期性状参数主要是翘曲形状和翘曲量,早龄期应力影响则很小。粗糙界面对于早期板角翘曲形成不利,但在服役阶段对于抵抗重载引起的应力有力。最后,通过足尺板试验发现设置沥青夹层后,路面板板中区域容易拱起,而板边更容易下压;另外,设置沥青功能夹层后路面板的早龄期应力较低,维持在0.5～1.4MPa之间。有限元计算结果与试验结果显示,早龄期路面板力学行为影响因素十分复杂,徐变、收缩、损伤、界面的龄期变化都需要进一步研究考虑。