瀝青鋪面工程層間特性

前言

第1章 緒論 1

1.1 問(wèn)題的由來(lái) 1

1.2 瀝青鋪面工程層間特性研究現(xiàn)狀 2

1.2.1 層間接觸狀態(tài)對(duì)路面性能的影響 2

1.2.2 層間粗糙狀態(tài)對(duì)層間性能的影響 4

1.2.3 層間接觸狀態(tài)描述模型 5

1.3 存在的主要問(wèn)題 6

第2章 層間狀態(tài)對(duì)瀝青鋪面結(jié)構(gòu)行為的影響 7

2.1 瀝青鋪面結(jié)構(gòu)分析理論基礎(chǔ) 7

2.2 層間接觸有限元理論基礎(chǔ) 10

2.2.1 接觸界面條件 10

2.2.2 接觸條件的離散化 12

2.2.3 ABAQUS層間接觸問(wèn)題的處理 14

2.3 基于層間接觸狀態(tài)的鋪面結(jié)構(gòu)靜力學(xué)行為 18

2.3.1 有限元計(jì)算模型的建立 18

2.3.2 層間狀態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵參數(shù)的影響 19

2.3.3 車輛荷載作用方式對(duì)結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵參數(shù)的影響 23

2.3.4 多因素綜合作用對(duì)結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵參數(shù)的影響 25

2.4 基于層間接觸狀態(tài)的鋪面結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)行為 32

2.4.1 路面結(jié)構(gòu)與參數(shù) 32

2.4.2 溫度與沖擊荷載耦合作用的路面動(dòng)力學(xué)行為 35

2.4.3 溫度與移動(dòng)荷載耦合作用的路面動(dòng)力學(xué)行為 40

第3章 基于法-切向效應(yīng)的層間作用行為 47

3.1 層間界面黏結(jié)測(cè)試主要方法 47

3.2 基于法-切向效應(yīng)的層間特性試驗(yàn) 50

3.2.1 受豎向荷載作用的直剪試驗(yàn) 50

3.2.2 受水平推力作用的拉拔試驗(yàn) 54

3.2.3 斜剪試驗(yàn) 56

3.3 層間接觸切向行為特性 56

3.3.1 試驗(yàn)方案 56

3.3.2 粘層油用量對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響 58

3.3.3 豎向壓力對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響 59

3.3.4 豎向拉力對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響 62

3.3.5 溫度對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響 64

3.4 層間接觸法向行為特性 66

3.4.1 試驗(yàn)方案 66

3.4.2 粘層油用量對(duì)層間拉拔強(qiáng)度的影響 67

3.4.3 水平推力對(duì)層間拉拔強(qiáng)度的影響 68

3.4.4 溫度對(duì)層間拉拔強(qiáng)度的影響 70

3.4.5 拉拔強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度的相關(guān)性分析 72

3.5 層間接觸法-切向綜合作用行為特性 73

3.5.1 試驗(yàn)方案 73

3.5.2 粘層油用量對(duì)層間斜剪強(qiáng)度的影響 74

3.5.3 溫度對(duì)層間斜剪強(qiáng)度的影響 75

3.5.4 層間表面粗糙度對(duì)層間斜剪強(qiáng)度的影響 78

3.6 法-切向力綜合作用下的層間力學(xué)模型 80

3.6.1 層間壓-直剪剪切模型 80

3.6.2 層間切-拉拔黏結(jié)模型 82

第4章 含層間界面的瀝青層疲勞特性 84

4.1 瀝青層復(fù)合小梁疲勞試驗(yàn)方案 84

4.1.1 試驗(yàn)條件 84

4.1.2 復(fù)合小梁成型及結(jié)構(gòu)組合 84

4.1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 87

4.2 界面性質(zhì)對(duì)瀝青層復(fù)合小梁疲勞性能的影響 88

4.2.1 疲勞因素的交互作用 88

4.2.2 混合料空隙率對(duì)復(fù)合小梁疲勞性能的影響 89

4.2.3 粘層油用量對(duì)復(fù)合小梁疲勞性能的影響 91

4.2.4 疲勞模型的建立 93

4.3 界面狀態(tài)對(duì)瀝青層復(fù)合小梁疲勞性能的影響 94

4.3.1 層間污染對(duì)復(fù)合小梁疲勞性能的影響 94

4.3.2 界面有水滲入對(duì)復(fù)合小梁疲勞性能的影響 96

4.3.3 界面粗糙度對(duì)復(fù)合小梁疲勞性能的影響 98

4.4 基于四點(diǎn)剪切試驗(yàn)的瀝青層層間疲勞特性 100

4.4.1 試驗(yàn)設(shè)備與材料 100

4.4.2 試驗(yàn)方案 102

4.4.3 各因素對(duì)層間初始剪切模量及其衰變速率的影響 103

4.4.4 基于剪切模量的層間疲勞性能評(píng)價(jià) 109

4.4.5 層間疲勞壽命預(yù)估模型構(gòu)建 113

第5章 基于層間特性的瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化 117

5.1 概述 117

5.2 不同防水黏結(jié)體系的黏結(jié)性能 118

5.2.1 測(cè)試方案 118

5.2.2 不同黏結(jié)情況下的測(cè)試結(jié)果分析 119

5.2.3 各防水黏結(jié)體系性能對(duì)比 129

5.3 瀝青與水泥混凝土層的層間黏結(jié)性能 130

5.3.1 黏結(jié)體系組成 130

5.3.2 黏結(jié)性能分析 131

5.4 瀝青與瀝青層的層間黏結(jié)性能 133

5.4.1 黏結(jié)體系組成 133

5.4.2 黏結(jié)性能分析 134

5.5 瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)性能分析與優(yōu)化 135

5.5.1 分析模型 135

5.5.2 荷載參數(shù) 137

5.5.3 鋪裝層參數(shù)對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)性能的影響 139

5.5.4 橋面瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn) 147

參考文獻(xiàn) 149

《瀝青鋪面工程層間特性》是關(guān)于瀝青鋪面工程層間特性的專著，較系統(tǒng)地介紹瀝青鋪面工程層間特性理論計(jì)算與試驗(yàn)研究的新研究成果。先，介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于瀝青鋪面結(jié)構(gòu)層間特性的研究現(xiàn)狀，指出需要進(jìn)一步研究解決的問(wèn)題；然后，分析層間接觸狀態(tài)下的瀝青鋪面工程結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力學(xué)行為，闡述法-切向荷載作用下的層間黏滯剪切特性并構(gòu)建其力學(xué)模型，揭示界面性質(zhì)、界面狀態(tài)等對(duì)瀝青層的疲勞性能影響機(jī)理并建立基于四點(diǎn)剪切試驗(yàn)的層間疲勞壽命預(yù)估模型；后，結(jié)合實(shí)例，在層間黏結(jié)性能試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)理論分析的基礎(chǔ)上，提出基于層間特性的瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)建議。

石塊鋪面路面結(jié)構(gòu)

石塊鋪面的面層由大量的小尺度剛性塊料以及塊料之間的眾多柔性接縫構(gòu)成。接縫可以是連鎖的，也可以是齊平的。連鎖式砌塊互相嵌鎖咬合，有利于荷載的傳遞、擴(kuò)散。石塊鋪面的基層，常為其上有粗砂或石屑整平層的柔性基層。塊料可根據(jù)材料供應(yīng)情況和使用要求，選用工廠預(yù)制的水泥混凝土砌塊（磚）或者經(jīng)過(guò)加工的整齊塊石。

石塊鋪面力學(xué)特性

石塊鋪面結(jié)構(gòu)類型屬?gòu)椥缘鼗系慕^對(duì)剛性板。小尺度的絕對(duì)剛性板比通常的水泥混凝土路面面板可受到較小的彎曲拉應(yīng)力，其厚度可以減小，但對(duì)于抗壓強(qiáng)度的要求則相對(duì)地要高一些。塊料與塊料之間的荷載傳遞與塊料之間的接縫以及基礎(chǔ)狀況有關(guān)。軟弱的基礎(chǔ)易導(dǎo)致石塊鋪面的下沉并影響乎整度。眾多的塊料間的接縫，形成有規(guī)則的“粗紋理”表面。這種粗糙路面有利于車輛的行駛。為此，要求塊料具有較高的強(qiáng)度（以抗壓強(qiáng)度為標(biāo)志）和抗磨性能以及規(guī)則的形狀和厚度，鋪砌平整，接縫嵌擠緊密，基礎(chǔ)（基層、墊層、土基體系）堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定。

石塊鋪面適用范圍

1．石塊鋪面適用于車速v≤50km/h的道路，這不僅僅是因?yàn)樾〕叨群透哔|(zhì)量的飾面在心理上起有對(duì)高速度的抑制作用，而且路面的“粗紋理”也會(huì)傾向于阻止駕駛者行車過(guò)分迅速。

2．石塊鋪面屬絕對(duì)剛性板，有良好的受力承載性能，可較大幅度地減薄面層厚度，也經(jīng)常用于承受重載而行駛緩慢車流的場(chǎng)所，如集裝箱碼頭、堆場(chǎng)等。

3．石塊鋪面具有規(guī)則”粗紋理“，濕摩擦系數(shù)高，抗滑性能好，可選用于橋頭、陡坡、彎道、匝道、公交站點(diǎn)處。

4．可選用于環(huán)境景觀要求高的場(chǎng)所，如大劇場(chǎng)、賓館、體育館、大廈前的廣場(chǎng)、停車場(chǎng)以及人行道、風(fēng)景區(qū)道路、公園、學(xué)校的內(nèi)部道路和其他鋪砌面處，與周圍環(huán)境諧調(diào)、融合，構(gòu)成完整的景觀、風(fēng)采。

5．可用砌塊鋪筑各種路面標(biāo)志、標(biāo)線，組織引導(dǎo)車流、人流交通。

鐵板鋪面路面結(jié)構(gòu)

石塊鋪面的面層由大量的小尺度剛性塊料以及塊料之間的眾多柔性接縫構(gòu)成。接縫可以是連鎖的，也可以是齊平的。連鎖式砌塊互相嵌鎖咬合，有利于荷載的傳遞、擴(kuò)散。石塊鋪面的基層，常為其上有粗砂或石屑整平層的柔性基層。塊料可根據(jù)材料供應(yīng)情況和使用要求，選用工廠預(yù)制的水泥混凝土砌塊（磚）或者經(jīng)過(guò)加工的整齊塊石。

鐵板鋪面力學(xué)特性

石塊鋪面結(jié)構(gòu)類型屬?gòu)椥缘鼗系慕^對(duì)剛性板。小尺度的絕對(duì)剛性板比通常的水泥混凝土路面面板可受到較小的彎曲拉應(yīng)力，其厚度可以減小，但對(duì)于抗壓強(qiáng)度的要求則相對(duì)地要高一些。塊料與塊料之間的荷載傳遞與塊料之間的接縫以及基礎(chǔ)狀況有關(guān)。軟弱的基礎(chǔ)易導(dǎo)致石塊鋪面的下沉并影響乎整度。眾多的塊料間的接縫，形成有規(guī)則的“粗紋理”表面。這種粗糙路面有利于車輛的行駛。為此，要求塊料具有較高的強(qiáng)度（以抗壓強(qiáng)度為標(biāo)志）和抗磨性能以及規(guī)則的形狀和厚度，鋪砌平整，接縫嵌擠緊密，基礎(chǔ)（基層、墊層、土基體系）堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定。

鐵板鋪面適用范圍

1．石塊鋪面適用于車速v≤50km/h的道路，這不僅僅是因?yàn)樾〕叨群透哔|(zhì)量的飾面在心理上起有對(duì)高速度的抑制作用，而且路面的“粗紋理”也會(huì)傾向于阻止駕駛者行車過(guò)分迅速。

2．石塊鋪面屬絕對(duì)剛性板，有良好的受力承載性能，可較大幅度地減薄面層厚度，也經(jīng)常用于承受重載而行駛緩慢車流的場(chǎng)所，如集裝箱碼頭、堆場(chǎng)等。

3．石塊鋪面具有規(guī)則”粗紋理“，濕摩擦系數(shù)高，抗滑性能好，可選用于橋頭、陡坡、彎道、匝道、公交站點(diǎn)處。

4．可選用于環(huán)境景觀要求高的場(chǎng)所，如大劇場(chǎng)、賓館、體育館、大廈前的廣場(chǎng)、停車場(chǎng)以及人行道、風(fēng)景區(qū)道路、公園、學(xué)校的內(nèi)部道路和其他鋪砌面處，與周圍環(huán)境諧調(diào)、融合，構(gòu)成完整的景觀、風(fēng)采。

5．可用砌塊鋪筑各種路面標(biāo)志、標(biāo)線，組織引導(dǎo)車流、人流交通。

《鋪面工程學(xué)》共13章，內(nèi)容包括外部因素的一般影響，鋪面結(jié)構(gòu)材料的性能及其測(cè)定方法，鋪面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的反應(yīng)和使用性能，作為理解鋪面性能和進(jìn)行鋪面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；闡述了鋪面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法并簡(jiǎn)要介紹了路面的施工過(guò)程和有關(guān)評(píng)價(jià)、維修的知識(shí)。