[发明专利]一种考虑温度影响的沥青道路设计方法及沥青道路

说明书

本发明提供了一种考虑温度影响的沥青道路设计方法及沥青道路，涉及道路设计技术领域，包括选定一种待设计道路的层状体系的结构，其中包含至少一层沥青材料层；确定层状体系各层材料在第一温度下的弹性模量、黏聚力以及内摩擦角；估算沥青材料层在不同温度下的弹性模量和黏聚力；建立层状体系的三维数值模型，获得层状体系的结构中弹性应力场的分布情况，将上述参数代入基于下限安定定理的安定分析优化方程，求解不同温度下待设计道路的安定极限值；基于求解的安定极限值进行沥青道路设计。本发明形成可考虑温度影响的道路安定分析法，使其可以适用于具有不同气候特点的地区的沥青道路结构组成设计，提高当地沥青道路设计的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及道路设计技术领域，具体而言，涉及一种考虑温度影响的沥青道路设计方法及沥青道路。

背景技术

沥青路面是将沥青混凝土加以摊铺、碾压成型而形成的各种类型的路面。随着我国自产路用沥青材料工业的发展，沥青路面已广泛应用于城市道路和公路干线，成为目前我国铺筑面积最多的一种高级路面。

近年来，安定理论已被用于研究弹塑性结构在周期性变化或按其他规律循环变化荷载作用下的塑性变形规律。以该理论为基础建立的安定分析能够寻找到一个安定极限，使得周期或循环荷载处于该极限以内时，结构的累积塑性变形逐渐达到稳定；反之，如果周期或循环荷载大于该极限，结构塑性变形会不断累积直至破坏。通过安定分析，可以确定结构的临界安定荷载和破坏机制，为工程设计和安全评估提供准确可靠的理论依据。

现有的安定分析在道路工程中的应用没有考虑温度对于材料的塑性行为的影响。但由于沥青的性质与温度紧密相关，因此将温度纳入基于安定理论的道路设计法是必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种考虑温度影响的沥青道路设计方法，通过考虑温度对沥青混合料弹塑性性质的影响，进而形成可考虑温度影响的道路安定分析法，绘制可根据温度及设计荷载确定层厚设计的诺模图，为沥青道路设计提供有力参考。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种考虑温度影响的沥青道路设计方法，包括以下步骤：

选定一种待设计道路的层状体系的结构，其中包含至少一层沥青材料层；

确定所述层状体系各层材料在第一温度下的弹性模量E、黏聚力c以及内摩擦角φ；

估算沥青材料层在不同温度下的弹性模量E和黏聚力c；

建立所述层状体系的三维数值模型，获得层状体系的结构中弹性应力场的分布情况，将所述弹性应力场、所述内摩擦角φ以及估算得到的所述不同温度下的所述黏聚力c代入基于下限安定定理的安定分析优化方程，求解不同温度下所述待设计道路的安定极限值；

基于求解的所述安定极限值优化所述层状体系的层厚组合设计。

本发明通过估算不同温度下沥青材料的不同弹性模量E和黏聚力c，采用基于下限安定定理的安定分析法求解安定极限值，将温度的影响纳入了道路安定分析中，使其可以适用于具有不同气候特点的地区的沥青道路结构组成设计，提高当地沥青道路设计的稳定性和可靠性。

优选地，所述估算所述沥青材料层在不同温度下的所述弹性模量E和所述黏聚力c包括：根据HA方程估算得到所述沥青材料层在不同温度下的所述弹性模量E：

log₁₀(E_T)＝log₁₀(E_T′)-0.0003×(T′-T)²+0.022×(T′-T)

其中，E_T表示温度为T时的弹性模量，E_T'表示温度为T′时的弹性模量。

本发明根据HA方程估算沥青材料层在不同温度下的弹性模量，得到的数据更为准确合理。