刚柔复合式路面沥青层压–剪行为与模量过渡研究

摘要

基层刚度影响着沥青路面结构的受力状态及破坏模式，为了深入研究刚性基层上沥青面层的力学行为特征，改善刚柔复合式路面的结构力学性能，推导了沥青混合料的黏弹塑性本构，建立了刚柔复合式路面热–力耦合模型，提取了沥青层内部的温度–模量场，开展了热力耦合作用下刚柔复合式路面力学行为分析，提出了刚柔复合式路面模量梯度结构.结果表明：沥青层内部在环境温度下存在明显温度梯度，导致沥青层内部产生随时空变化的模量梯度；研究明确了热力耦合作用下复合式路面沥青层压–剪力学行为，设计时应重点考虑刚性基层上沥青面层的剪应力；当基层模量与面层模量接近以及沥青面层模量沿深度梯度增加时，沥青层剪应力较小，因此有必要在复合式路面设置模量过渡层，以协调面层与基层之间的模量差异，降低沥青面层的剪应力；最后基于响应曲面模型，以复合式路面沥青层最大剪应力最小为优化目标，得到复合式路面模量过渡结构为：沥青上面层厚度4 cm，过渡层厚度8 cm，过渡层模量为沥青层模量的2倍，上面层剪应力与过渡层剪应力较不设过渡层的复合式路面对应层位分别降低了14.3%和20.5%.研究成果可为刚性基层沥青路面的结构力学行为及材料研发提供参考.

关键词

道路工程 / 压–剪应力 / 黏弹塑性本构 / 刚柔复合式路面 / 模量过渡结构

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52278437,52478442); 湖南省自然科学基金资助项目(2022JJ40479); 湖南省交通运输厅科技创新计划资助项目(202236); 长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心开放基金资助项目(kfj210401); 湖南省研究生科研创新项目(CX20230838)