高温下沥青混合料剪切疲劳试验研究

摘要

在我国高速公路中沥青路面的使用十分广泛，随着交通运输结构的变化我国高速公路沥青路面产生了一些新的病害，如沥青层的流动性车辙与荷载型裂缝等，这些新的病害一般出现在轮迹带位置，根据对路面现场的调查与研究发现这些病害的出现与沥青层经受较大的剪切作用有直接的关系。而我国的道路设计中并没有将路面剪切作用作为控制指标。
　　本文在查阅大量国内外资料的基础上进行了沥青混合料的剪切疲劳性能研究，包括室内试验研究与有限元受力分析这两部分工作。室内试验部分采用了美国SHRP计划的剪切试验机SST与简单性能试验机SPT进行室内剪切疲劳试验。
　　通过恒高度重复剪切试验(RSCH)对三种混合料施加重复剪切荷载得到的应变曲线，结果显示此曲线能很好的反映沥青混合料的剪切疲劳变形的全过程。并使用半对数曲线可以将重复剪切次数和剪切应变之间很好的进行拟合。通过恒高度频率扫描试验(FSCH)得出复数剪切模量G*、相位角δ、车辙因子G*/sinδ与频率的关系。论文得到了不同条件下重复荷载蠕变曲线，还将20℃与40℃下FSCH结果中指标与SPT中动态模量试验指标进行对比，认为两者之间存在良好的线性关系，相关系数大，可以进行对比研究。
　　引入弹性层状体系，采用ABAQUS有限元软件分析半刚性基层沥青路面与复合式基层沥青路面在荷载作用下的剪应力及剪切疲劳变形分布规律。结果显示两种路面结构中的剪应力分布情况相同，最大剪应力出现在距路表4cm的处，分析路面剪应力大小与分布认为造成Top-Down裂缝的主要原因是剪应力。对比两种路面结构的剪切疲劳变形结果得到复合式基层沥青路面的剪切变形较小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究状况

1．3 项目主要研究内容及思路

第二章 沥青混合料设计

2．1 概述

2．2 原材料试验

2．2．1 沥青

2．2．2 集料选择

2．3 沥青混合料设计

2．3．1 沥青混合料级配设计

2．3．2 Superpave旋转压实试验

2．4 本章小结

第三章 沥青混合料剪切疲劳试验

3．1 概论

3．2 沥青混合料剪切性能试验方法比较

3．3 Superpave剪切试验

3．3．1 SST剪切试验机理分析

3．3．2 试验准备及试件安装

3．4 恒高度频率扫描试验(FSCH)

3．5 恒高度重复剪切试验(RSCH)

3．6 简单性能试验(SPT)

3．6．1 试验指标确定

3．6．2 试验方案设计

3．6．3 重复荷载试验

3．6．4 动态模量试验

3．7 本章小结

第四章 沥青路面剪切疲劳有限元分析

4．1 概述

4．2 粘弹性本构方程模型描述

4．3 ABAQUS有限元介绍

4．4 有限元模型的建立

4．4．1 建立几何模型

4．4．2 路面结构及材料参数

4．3．3 施加荷载及边界条件

4．3．4 划分网格

4．4 沥青路面剪应力有限元分析

4．4．1 两种路面结构下剪应力分布

4．4．2 两种路面结构下剪应疲劳变形

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间参与的科研项目)