瀝青混凝土車轍影響因素分析

瀝青混凝土車轍影響因素分析

瀝青路面車輛的本質(zhì)是反復(fù)加載和卸載車輪造成的塑料流動性變形積累的結(jié)果，即加載過程中的總變形減去后的回波變形積累的產(chǎn)物?，F(xiàn)在車轍預(yù)估的方法很多,如統(tǒng)計法,它是通過對瀝青混合料進行三軸實驗,建立瀝青層的永久變形同荷載及材料特性之間的統(tǒng)計關(guān)系式;理論統(tǒng)計法,采用彈性層狀體系理論或黏彈性層狀體系理論求解路面的應(yīng)力和位移,再結(jié)合室內(nèi)外的有關(guān)實驗,統(tǒng)計出瀝青層的永久變形同路表彎沉、材料特性參數(shù)及荷載之間的經(jīng)驗關(guān)系式;層應(yīng)變法,原理是把路面的每層劃分成更小的亞層,計算各亞層是以彈性層狀理論為基礎(chǔ)的,然后通過與室內(nèi)實驗的聯(lián)系,估計由于路面各層的永久變形所造成的路表的車轍;線性黏彈性理論法、非線性黏彈塑性理論法、有限元法,都是運用層狀彈性或非彈性理論進行車轍模擬。1車轍預(yù)算模型的初步建立本文通過建立車轍預(yù)估模型,一方面是為了預(yù)估車轍變形量,而更為重要的是如何根據(jù)車轍預(yù)估來指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計和路面材料選用以及瀝青混合料設(shè)計,以便控制車轍變形量和車轍變形速率。本文認為,合理的車轍模型并不是越復(fù)雜越好,過于簡單反映不了實際情況,過于復(fù)雜又不好回歸,所以作為較通用的車轍預(yù)估模型應(yīng)滿足如下條件:能夠反映瀝青混合料的剪切變形機理;能夠包含影響車轍變形的主要因素,如:行車荷載、溫度、材料性能、路面結(jié)構(gòu)特性、行車速度;能夠反映永久變形隨各主要影響因素的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,本文引入了三軸重復(fù)荷載試驗,在試驗中施加圍壓能更好地模擬路面現(xiàn)場的溫度和受力狀態(tài),并能防止試驗過程中試件過早破壞。其中,NCHRP-465報告中定義破壞的第3階段起始時所對應(yīng)的荷載作用次數(shù)為流變數(shù)FN,即永久應(yīng)變率降至最低時的荷載作用次數(shù),以此指標來評價材料性能?？偨Y(jié)上面特征和大量分析,本文初步提出一種新的車轍預(yù)估模型概念:式中:RD為車轍變形量,mm;FN為流動數(shù),次;N為荷載作用次數(shù),次;T為路面溫度,℃;v為行車速度,km/h。各個因子的理論意義:該模型反映了車轍的重復(fù)剪切流動變形機理,包含了影響車轍發(fā)展變化的主要因素,且能反映瀝青混合料永久變形的作用次數(shù)和溫度的依賴,并適用于各種路面結(jié)構(gòu)和瀝青混合料類型。由于路面變形實際上是各亞層變形共同累加的結(jié)果,因此如果采用“亞層變形疊加”的辦法無疑會使車轍預(yù)估方法具有更普遍的適用性,“分層疊加”的方法可以充分接近各亞層的實際狀態(tài)。所得的模型必然更具有通用性。式中:Ti為相應(yīng)亞層的實際溫度,℃。2車轍預(yù)充模型fso瀝青混合料的流動數(shù)與車轍變形量關(guān)系,較好地呈冪指數(shù)關(guān)系。對于N,T,同濟大學蘇凱博士證明荷載作用次數(shù)FN和相應(yīng)亞層的實際溫度Ti與車轍變形量呈現(xiàn)很好的冪指數(shù)關(guān)系,行車速度與車轍變形量呈反比關(guān)系。車轍試驗中膠輪每分鐘行車42次,一次行走的距離為23cm,據(jù)此可換算成速度為0.58km/h。根據(jù)波耳茲曼原理則當行車速度為v時車輪作用一次相當于標準車轍試驗作用(0.58/v)次,所以換算成路面上車輛行走一次相當于車轍試驗機行走的次數(shù)。試驗溫度全選60℃進行試驗。運用FlowNumber(FN)車轍預(yù)估模型進一步成為:式中:RD為車轍變形量,mm;FN為流動數(shù),次;N為荷載作用次數(shù),次;Ti為相應(yīng)各亞層的實際溫度,℃;v為行車速度,km/h;α,β1,β2,β3,β4為回歸系數(shù)。3車轍模型擬合本文采用SPSS(StatisticalProductandServiceSolutions)統(tǒng)計分析軟件對參數(shù)進行非線性回歸擬合。SPSS是世界上最早的統(tǒng)計分析軟件,由美國斯坦福大學的3位研究生于20世紀60年代末研制。本文通過各參數(shù)單因素與車轍變形量建立關(guān)系,最后再運用SPSS進行整合最終的模型預(yù)估,本預(yù)估模型中,對于不同的瀝青混合料,本文通過近3個月的靜三軸試驗,流動數(shù)如表1。溫度為60℃,速度為0.58km/h。通過大量的5cm厚60℃輪壓0.7MPa的車轍試驗,根據(jù)車轍變形量、荷載作用次數(shù)及流動數(shù)進行最終的模型擬合,擬合結(jié)果如表2。從表1和表2可以看出FlowNumber預(yù)估模型相關(guān)系數(shù)很高,預(yù)估模型的相關(guān)系數(shù)相對可以滿足瀝青混合料車轍預(yù)估的要求,說明此種預(yù)估方法可以進行車轍深度預(yù)估,并比較準確。FlowNumber車轍初步預(yù)估模型如下:FlowNumber是不同種類混合料在同一碾壓速度、同一溫度下的預(yù)估模型,其在恒定速度和恒定溫度下,速度和溫度因子則為常量,并沒有起到車轍預(yù)估影響因子的作用,所以本預(yù)估模型只是一個模型框架,有待變速度和變溫度的情況下進一步研究和回歸。4瀝青混合料車轍試驗結(jié)果任選一種瀝青混合料進行3h車轍試驗,如本文選用Sup20細型改性瀝青混合料試驗,3個平行試驗,結(jié)果取平均后,瀝青混合料車轍試驗結(jié)果與預(yù)估值的對比圖如圖1。Sup20細型改性瀝青混合料車轍深度預(yù)估結(jié)果和實測結(jié)果偏差平方和均值為0.012.從圖1中可以看出,運用FN進行車轍深度預(yù)估結(jié)果和實測結(jié)果基本重合,并預(yù)估結(jié)果和實測結(jié)果偏差平方和均值都很小,說明本文的車轍預(yù)估模型是可靠的,并有較高的精度。5車轍變形量與瀝青混合料流動數(shù)關(guān)系a)本文通過大量試驗,運用瀝青混合料的靜三軸試驗結(jié)果來代替比較復(fù)雜的材料性能指標,從而較好地避開了瀝青混合料性能方面因瀝青、集料等因素產(chǎn)生的更多評價指標。另外本文通過單因素分析,不同類型的瀝青混合料的流動數(shù)與車轍變形量關(guān)系,較好地呈冪指數(shù)關(guān)系。b)提出了車轍預(yù)估的模型及預(yù)估結(jié)果,FlowNumber和車轍變形量呈良好的指數(shù)關(guān)系