机场复合道面的层间力学性状及其演变

The mechanical behavior and life of airport composite pavement is sensitive to interlayer condition and performance. Larger horizontal stress will be produced in the pavement by the braking, accelerating and turning of aircraft. It will aggravate the effects of interlayer. The interlayer between HMA and PCC is the weakest interlayer in composite pavement. Its behavior is very complex, which influenced by load, environment, structure, material, and construction. The condition of the interlayer is simplified as a friction index in the traditional structure analysis, which leads to inaccurate results of pavement structure design and evaluation. It needs to be improved via exploring interlayer performance and condition. This project will focus on the interlayer between HMA and PCC, which is treated by tack coat. The multi-size test methods will be developed as well as a numerical simulate model. The responses of interlayer under the application of load and temperature will be analyzed. The nonlinear properties of the interlayer will be explored. The long time performance and condition of the interlayer will be tested by load repeating and freezing and thawing cycle. Then the models for interlayer condition and equation for long time performance will be developed, which are the bases of developing new structure design and evaluation method.

复合道面的力学行为和使用寿命对层间性状非常敏感。飞机加减速、转弯和掉头产生的显著水平力，加剧了层间性状的非线性及其对道面的影响。沥青面层和水泥混凝土板的层间是复合道面中的最薄弱环节，受荷载、环境、结构、材料、工艺等的影响，行为复杂。传统结构分析中简单的层间状态假定与实际不符，易导致结构设计与评价失效，其改进的核心是掌握层间力学性状和演变规律。本项目围绕复合道面中沥青面层与混凝土板的层间问题，以沥青粘结类处理为重点，研发层间力学性状多尺度试验方法和精细化模拟技术；系统分析复合道面层间对飞机作用的力学响应，明确温度等外部因素的影响程度，全面揭示层间力学性状的非线性特征；试验分析重复荷载和冻融循环作用下的层间力学性能与状态，揭示层间性状随荷载累积和环境变化的演变规律；面向结构设计、评价与寿命预估，提出复合道面层间力学性状的表征模型和演变方程。从而为构建复合道面结构设计与评价新方法提供理论和数据。

机场复合道面具有优秀的承载能力和功能性能，是跑道加铺的主流形式，但其力学行为和使用寿命对层间性状非常敏感。飞机加减速、转弯和掉头产生的水平力会加剧了层间性状的非线性及其对道面的影响。沥青面层和水泥混凝土板的层间是复合道面中的最薄弱环节，受荷载、环境、结构、材料、工艺等的影响，行为复杂。传统结构分析中简单的层间状态假定与实际不符，易导致结构设计与评价失效，其改进的核心是掌握层间力学性状和演变规律。.本项目围绕复合道面中沥青面层与混凝土板的层间问题，以沥青粘结类的层间处理方法为重点，提出以剪切破坏模式为核心的层间力学状态实验方法，研发了复合道面结构层间实验装置并完成了适用于现场工况模拟的多因素影响实验，得到了典型工况下的复合道面层间剪应力-位移曲线，确定了层间力学性能和状态的表征指标并进行了敏感性分析，提出了层间性能的表达模型；.通过精细化模拟技术建立了考虑层间接触的复合道面结构的三维有限元模型，由力学试验和有限元计算结果，研究了沥青粘接类层间在飞机和环境因素作用下的力学响应规律，全面揭示层间力学性状的非线性特征，研究结果表明：在单轮荷载下，层间是道面结构相对纵向变形最大的地方，是结构最薄弱处，在多轮荷载下，叠加效应增大了结构响应值，对于纵向剪应力提升幅度达81.2%；.通过直接剪切和疲劳剪切试验分别分析了冻融循环和重复荷载作用下的层间力学性能与状态，揭示层间性状随荷载累积和环境变化的演变规律，实验结果表明层间在多周期冻融循环下抗剪强度和残余强度不断衰减，且趋势缓和，冻融循环会造成部分粘结层与水泥脱粘；面向结构设计、评价与寿命预估，提出复合道面层间力学性状的三阶段层间状态演变模型和表征方程。.本项目综合考虑飞机荷载、环境作用和层间结构三类影响的作用，系统的分析了各因素，从而为构建复合道面结构设计与评价新方法提供理论和数据。