沥青混凝土路面的车辙变形及弹黏塑性本构模型表征

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1、学校代码10530学号201510181952分类号U416.1密级公开硕士学位论文沥青混凝土路面的车辙变形及弹黏塑性本构模型表征学位申请人周丁指导教师王智超副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业结构工程研究方向土木工程材料的力学性能二零一八年六月RuttingDeformationofAsphaltConcretePavementandItsCharacterizationofElasto-viscoplasticConstitutiveModelCandidateZhouDingSupervisorAssoci

2、ateProf.WangZhichaoCollegeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramStructuralEngineeringSpecializationMechanicalpropertiesofcivilengineeringmaterialsUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要随着我国全面深化改革的进行，公路行业发展迅速。在现行的道路中，城市道路以及高等级公路路面中沥青路面占比非常高。根据我国现行的公路沥青

3、路面设计规范，沥青路面一般设计使用年限为15年，但是往往在短短几年的时间内发生不同程度的病害。车辙作为沥青路面的一种主要病害，严重影响着路面的路用性能以及车辆的行车安全。因此，关于车辙变形的研究与预测成为了道路建设科技领域的重要课题。本文以湘潭莲城大道沥青路面为工程背景，以沥青混合料的基本实验以及弹黏塑性本构模型为基础，旨在研究莲城大道路面的车辙变形，以评价路面的路用性能。基于此，论文的主要内容包括：（1）选取湘潭莲城大道沥青混凝土路面施工所用的碎石以及沥青经运输、晒干、筛分等程序，并通过沥青以及集料的基本物理实验获

4、得沥青及集料的基本力学性能。以莲城大道路面相同的级配沥青混凝土为研究对象，通过马歇尔实验确定沥青混合料的最佳油石比，并经旋转压实仪制样成型进行了沥青混合料的动态模量实验、抗压强度试验。（2）展开三种不同温度（30°C、35°C和40°C）以及两种不同应变速率（0.01mm/s和0.05mm/s）的无侧限单轴压缩实验，分析其不同温度以及应变速率下的材料特性，通过应力应变曲线以研究沥青混合料的变形特性，为弹黏塑性本构模型模型参数提供实验基础。（3）基于沥青混合料的动态模量试验，得到不同温度不同频率的动态模量，综合时间温度

5、叠加原理得到沥青混合料在参考温度为21.1°C下的动态模量主曲线，以及时间温度转化因子随时间变化的拟合公式。（4）在弹黏塑性本构模型的基础上，并加入温度的影响，使其能表征不同温度的沥青混合料力学性能。将其理论编入UMAT子程序中，使其能顺利嵌入ABAQUS中进行模拟分析计算，以对沥青混合料三轴实验进行模拟验证。（5）利用ABAQUS将莲城大道路面实际工况分不同荷载建立模型，对路面线弹性材料下分标准轴载和重载两种荷载的弯沉以及应力进行了分析，结果表明路面在重车荷载作用下路面的位移远大于标准荷载。将弹黏塑性本构模型嵌入A

6、BAQUS路面模型中，对其在不同恒定温度（30°C、39°C、45°C和50°C）以及变化温度下的车辙位移进行了分析计算，同时利用沥青新规范对莲城大道进行了不同交通等级下的标准轴载换算，分析了不同交通等级下的车辙位移，为路面的性能预测以及运营提供指导。关键字：沥青混凝土路面；车辙；时间温度叠加原理；弹黏塑性本构模型IAbstractWiththeimplementofChina’scomprehensivelydeepeningreform,thehighwayindustryhasdevelopedrapidly.

7、Amongtheexistingroads,theproportionofasphaltpavementinurbanroadsandexpresswayisveryhigh.AccordingtocurrentspecificationsofhighwayasphaltpavementdesigninChina,asphaltpavementsaregenerallydesignedforaservicelifeof15years.However,asphaltpavementsoftenhavevaryingde

8、greesofdiseaseinjustafewyears.Asamaindiseaseofasphaltpavement,ruttingseriouslyaffectsthepavementperformanceofthepavementandthesafetyofthevehicle.Therefore,theresearchandpred