瀝青混凝土車(chē)轍影響因素分析

瀝青混凝土車(chē)轍影響因素分析

瀝青路面車(chē)輛的本質(zhì)是反復(fù)加載和卸載車(chē)輪造成的塑料流動(dòng)性變形積累的結(jié)果，即加載過(guò)程中的總變形減去后的回波變形積累的產(chǎn)物。現(xiàn)在車(chē)轍預(yù)估的方法很多,如統(tǒng)計(jì)法,它是通過(guò)對(duì)瀝青混合料進(jìn)行三軸實(shí)驗(yàn),建立瀝青層的永久變形同荷載及材料特性之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式;理論統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn),統(tǒng)計(jì)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(yàn)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(jì)算各亞層是以彈性層狀理論為基礎(chǔ)的,然后通過(guò)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系,估計(jì)由于路面各層的永久變形所造成的路表的車(chē)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(yùn)用層狀彈性或非彈性理論進(jìn)行車(chē)轍模擬。1車(chē)轍預(yù)算模型的初步建立本文通過(guò)建立車(chē)轍預(yù)估模型,一方面是為了預(yù)估車(chē)轍變形量,而更為重要的是如何根據(jù)車(chē)轍預(yù)估來(lái)指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和路面材料選用以及瀝青混合料設(shè)計(jì),以便控制車(chē)轍變形量和車(chē)轍變形速率。本文認(rèn)為,合理的車(chē)轍模型并不是越復(fù)雜越好,過(guò)于簡(jiǎn)單反映不了實(shí)際情況,過(guò)于復(fù)雜又不好回歸,所以作為較通用的車(chē)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(jī)理;能夠包含影響車(chē)轍變形的主要因素,如:行車(chē)荷載、溫度、材料性能、路面結(jié)構(gòu)特性、行車(chē)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(yàn),在試驗(yàn)中施加圍壓能更好地模擬路面現(xiàn)場(chǎng)的溫度和受力狀態(tài),并能防止試驗(yàn)過(guò)程中試件過(guò)早破壞。其中,NCHRP-465報(bào)告中定義破壞的第3階段起始時(shí)所對(duì)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(shí)的荷載作用次數(shù),以此指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)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(chē)轍預(yù)估模型概念:式中:RD為車(chē)轍變形量,mm;FN為流動(dòng)數(shù),次;N為荷載作用次數(shù),次;T為路面溫度,℃;v為行車(chē)速度,km/h。各個(gè)因子的理論意義:該模型反映了車(chē)轍的重復(fù)剪切流動(dòng)變形機(jī)理,包含了影響車(chē)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(lèi)型。由于路面變形實(shí)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(wú)疑會(huì)使車(chē)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(shí)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(shí)際溫度,℃。2車(chē)轍預(yù)充模型fso瀝青混合料的流動(dòng)數(shù)與車(chē)轍變形量關(guān)系,較好地呈冪指數(shù)關(guān)系。對(duì)于N,T,同濟(jì)大學(xué)蘇凱博士證明荷載作用次數(shù)FN和相應(yīng)亞層的實(shí)際溫度Ti與車(chē)轍變形量呈現(xiàn)很好的冪指數(shù)關(guān)系,行車(chē)速度與車(chē)轍變形量呈反比關(guān)系。車(chē)轍試驗(yàn)中膠輪每分鐘行車(chē)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(dāng)行車(chē)速度為v時(shí)車(chē)輪作用一次相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)車(chē)轍試驗(yàn)作用(0.58/v)次,所以換算成路面上車(chē)輛行走一次相當(dāng)于車(chē)轍試驗(yàn)機(jī)行走的次數(shù)。試驗(yàn)溫度全選60℃進(jìn)行試驗(yàn)。運(yùn)用FlowNumber(FN)車(chē)轍預(yù)估模型進(jìn)一步成為:式中:RD為車(chē)轍變形量,mm;FN為流動(dòng)數(shù),次;N為荷載作用次數(shù),次;Ti為相應(yīng)各亞層的實(shí)際溫度,℃;v為行車(chē)速度,km/h;α,β1,β2,β3,β4為回歸系數(shù)。3車(chē)轍模型擬合本文采用SPSS(StatisticalProductandServiceSolutions)統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)參數(shù)進(jìn)行非線性回歸擬合。SPSS是世界上最早的統(tǒng)計(jì)分析軟件,由美國(guó)斯坦福大學(xué)的3位研究生于20世紀(jì)60年代末研制。本文通過(guò)各參數(shù)單因素與車(chē)轍變形量建立關(guān)系,最后再運(yùn)用SPSS進(jìn)行整合最終的模型預(yù)估,本預(yù)估模型中,對(duì)于不同的瀝青混合料,本文通過(guò)近3個(gè)月的靜三軸試驗(yàn),流動(dòng)數(shù)如表1。溫度為60℃,速度為0.58km/h。通過(guò)大量的5cm厚60℃輪壓0.7MPa的車(chē)轍試驗(yàn),根據(jù)車(chē)轍變形量、荷載作用次數(shù)及流動(dòng)數(shù)進(jìn)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(duì)可以滿足瀝青混合料車(chē)轍預(yù)估的要求,說(shuō)明此種預(yù)估方法可以進(jìn)行車(chē)轍深度預(yù)估,并比較準(zhǔn)確。FlowNumber車(chē)轍初步預(yù)估模型如下:FlowNumber是不同種類(lèi)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(méi)有起到車(chē)轍預(yù)估影響因子的作用,所以本預(yù)估模型只是一個(gè)模型框架,有待變速度和變溫度的情況下進(jìn)一步研究和回歸。4瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果任選一種瀝青混合料進(jìn)行3h車(chē)轍試驗(yàn),如本文選用Sup20細(xì)型改性瀝青混合料試驗(yàn),3個(gè)平行試驗(yàn),結(jié)果取平均后,瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)估值的對(duì)比圖如圖1。Sup20細(xì)型改性瀝青混合料車(chē)轍深度預(yù)估結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果偏差平方和均值為0.012.從圖1中可以看出,運(yùn)用FN進(jìn)行車(chē)轍深度預(yù)估結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果基本重合,并預(yù)估結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果偏差平方和均值都很小,說(shuō)明本文的車(chē)轍預(yù)估模型是可靠的,并有較高的精度。5車(chē)轍變形量與瀝青混合料流動(dòng)數(shù)關(guān)系a)本文通過(guò)大量試驗(yàn),運(yùn)用瀝青混合料的靜三軸試驗(yàn)結(jié)果來(lái)代替比較復(fù)雜的材料性能指標(biāo),從而較好地避開(kāi)了瀝青混合料性能方面因?yàn)r青、集料等因素產(chǎn)生的更多評(píng)價(jià)指標(biāo)。另外本文通過(guò)單因素分析,不同類(lèi)型的瀝青混合料的流動(dòng)數(shù)與車(chē)轍變形量關(guān)系,較好地呈冪指數(shù)關(guān)系。b)提出了車(chē)轍預(yù)估的模型及預(yù)估結(jié)果,FlowNumber和車(chē)轍變形量呈良好的指數(shù)關(guān)系