老化沥青路面荷载效应非线性分析与抗疲劳设计关键技术研究

In order to evaluate the failure effect of the vehicle load and aging action scientifically, the key technologies of fatigue design for asphalt pavement will be proposed. In view of the problem that the strength criterion in the state of simple stress cannot describe the actual failure characteristics of the pavement, the test technology will be developed under the state of complex stress for asphalt mixture. The strength criterion under complicated stress state will be established of aging asphalt mixture. In view of the viscoelastic property of asphalt mixture, the strength correlation with the loading speed and the stress state for aging asphalt mixture will be revealed. In view of the problem that the asphalt pavement damage is underestimated by using of the linear analysis method for load effect, the nonlinear fatigue damage evolution rule will be revealed by the fatigue tests of aging asphalt mixture. A new method of nonlinear analysis will be established of the load effect for asphalt pavement. In view of the problem that the calculation results is inconsistent with the actual value of the fatigue strength because of the artificial extension of the traditional S-N fatigue equation , a new calculation model will be established for the strength structure coefficient of the asphalt pavement basing on the fatigue equation with the real stress ratio. The new calculation method of fatigue strength resistance model will be proposed for asphalt pavement..The nonlinear analysis of load effect and the key technologies of fatigue design for asphalt pavement will be formed with a set of theories, methods, experimental technology in one. The design accuracy of asphalt pavement will be improved significantly.

为了科学地评价交通荷载和老化效应对沥青路面的破坏作用，提出沥青路面抗疲劳设计关键技术，针对简单应力状态下的强度准则无法描述实际路面破坏特征的问题，开发复杂应力状态下的沥青混合料试验技术，建立复杂应力状态下老化沥青混合料的强度准则；针对沥青混合料的粘弹性性质，通过不同加载速度与应力状态下的强度试验，揭示老化沥青混合料强度的速度与应力状态相关性；针对荷载效应线性分析方法对沥青路面破坏作用估计不足的问题，通过老化沥青混合料的疲劳试验，揭示其非线性疲劳损伤演化规律，建立沥青路面荷载效应非线性分析新方法；针对传统S-N疲劳方程人为延拓导致疲劳强度计算结果与实际情况不符的问题，建立基于真实应力比疲劳方程的沥青路面强度结构系数计算模型，提出沥青路面疲劳强度抗力模型计算新方法。 .研究成果将形成集理论、方法、试验技术于一体的沥青路面荷载效应非线性分析与抗疲劳设计关键技术，将显著提高沥青路面的设计精度。

为了更好地模拟重复荷载作用下沥青路面结构内部的复杂应力状态，对不同应力状态下的沥青混合料疲劳性能进行了研究，提出了沥青混合料非线性疲劳损伤模型，客观反映了其疲劳破坏过程。通过不同加载速率和应力状态下的强度试验，揭示了沥青混合料强度非线性特性，确定了速度相关应力比，建立了基于此应力比的疲劳方程，该方程揭示了强度破坏和疲劳破坏的内在联系；据此，提出了新的沥青路面抗拉强度结构系数计算方法。以刚度衰为损伤变量建立了非线性疲劳损伤演化方程，提出了可同时考虑加载历史与损伤演化历史影响的沥青路面轴载换算新方法。本项目取得的主要成果如下：.(1)提出了不同应力状态下路面材料拉、压模量同步测试方法；据此，开展了考虑拉压模量差异的沥青混合料疲劳损伤特性研究，建立了沥青混合料弯拉疲劳试验过程中拉、压模量的衰变模型。.(2)建立了基于刚度衰减的沥青混合料非线性疲劳损伤演化模型，提出了能考虑加载历史和损伤历史影响的老化沥青混合料非线性疲劳损伤累积计算模型，并据此建立了基于非线性疲劳损伤理论的沥青路面轴载换算模型。.(3)通过不同加载速率与应力条件下的强度试验，揭示了复杂应力状态下老化沥青混合料强度非线性特性，建立了复杂应力状态下老化沥青混合料的强度模型与破坏准则。.(4)基于沥青混合料强度的非线性特性建立了基于真实应力比的沥青混合料疲劳方程。.(5)提出了一种沥青混合料疲劳特性统一表征方法，并由此建立了沥青路面抗拉强度结构系数计算模型，提出了沥青路面疲劳强度抗力模型计算新方法。.项目研究成果已成功应用在湖南、河南及内蒙等地的高等级沥青路面的建设，并进行长期性能观测，结果表明采用本项目提出的沥青路面疲劳强度抗力模型计算新方法能显著提高沥青路面的设计精准性进而提高其耐久性及使用性能。未来我国还将新建大量的沥青路面结构，本项目研究成果的推广应用前景广阔，潜在的社会、经济效益显著。