【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及道路工程及土木工程领域，尤其涉及一种倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法。
技术介绍
1、沥青路面结构的厚度设计通常基于经验公式和线弹性模型，但未能充分考虑不同层次的厚度、模量及粒料层应力依赖非线性对路面整体性能的综合影响，传统的线弹性沥青路面厚度设计方法难以适用于倒装式路面结构。现有技术大多采用固定厚度设计方法，设计出的倒装式路面结构层厚度普遍偏高，导致材料浪费或性能不足。此外，传统技术缺乏对不同荷载、环境条件及粒料材料应力依赖特性的精准分析，导致倒装式沥青面层容易出现疲劳开裂，粒料过渡层发生永久变形，半刚性层则面临长期疲劳破坏的风险。这些技术手段因未能全面优化各层厚度和模量，造成了路面耐久性和稳定性不足，增加了维护成本。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的诸多问题，本专利技术提供一种倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，本专利技术基于有限元分析与非线性应力依赖特性模型，结合d-最优解响应面设计法，优化倒装式沥青路面结构的各层厚度和模量。通过最大化粒料过渡层的体积应力、最小化沥青面层的层底拉应变，提升了路面整体的耐久性和承载能力，并通过减少材料使用实现了成本优化。
2、如图1所示，一种倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，包括以下步骤：
3、选取倒装式沥青路面结构的各层厚度和模量作为控制变量，采用d-最优解响应面设计法，制定包含多组不同厚度和模量组合的试验方案，评估每组控制变量对目标响应值的显著性；
4、如图2所示，通过将倒装式沥
5、为了更高效地找到最优厚度和模量组合，本专利技术采用了d-最优解响应面设计法。d-最优解响应面设计法是一种常用于多变量优化的实验设计方法，它通过最大化试验信息获取，能够在减少实验次数的情况下实现更准确的优化结果。在本专利技术中，该方法用于制定包含多组不同厚度和模量组合的试验方案。每个组合对应的控制变量(即各层的厚度和模量)被输入到实验设计中，经过不同条件下的实验验证，可以评估每组控制变量对目标响应值的显著性。例如，通过评估沥青面层的层底拉应变和粒料过渡层的体积应力，可以判断这些变量组合如何影响路面的疲劳性能和应力依赖特性。
6、本专利技术通过d-最优解响应面设计法所制定的试验方案能够有效评估各控制变量组合的显著性，从而筛选出最优厚度和模量组合。这种方法不仅减少了实验资源的消耗，还能确保试验方案具有足够的代表性和准确性。最终，通过对试验结果的综合分析，可以确定一个在材料使用和结构性能之间达到最佳平衡的优化设计方案，推荐出最优的倒装式沥青路面结构厚度和模量组合。
7、基于粒料过渡层的应力依赖非线性特征，进行倒装式沥青路面结构的力学响应计算，获取沥青面层的层底拉应变和粒料过渡层的体积应力，以评估沥青面层的疲劳性能和粒料过渡层的应力依赖特性；
8、倒装式沥青路面结构中的粒料过渡层具有明显的应力依赖性，这意味着在承受不同的交通荷载时，粒料过渡层的力学特性(如回弹模量)会随应力水平的变化而发生非线性变化。因此，在本专利技术中，首先对粒料过渡层的应力依赖性进行量化，通过有限元分析和非线性本构模型，模拟在不同应力条件下粒料过渡层的力学行为。通过这种非线性力学响应计算，本专利技术能够准确地获取粒料过渡层的体积应力。这一应力指标反映了粒料过渡层在整个结构中的承载和变形能力，直接影响路面的整体稳定性和抗永久变形能力。
9、同时，沥青面层的疲劳性能是路面使用寿命的关键指标。在该力学响应计算模型中，通过获取沥青面层的层底拉应变，能够准确评估路面在长期荷载作用下的疲劳性能。沥青面层的层底拉应变是一个关键参数，过大的拉应变将导致沥青面层产生裂缝，影响路面的使用寿命。本专利技术通过精确计算这一应变值，结合路面设计中的其他参数，能够优化沥青面层的厚度和材料选择，从而提高其抗疲劳性能，延长路面寿命。
10、在此基础上，整个力学响应计算模型通过将沥青面层的层底拉应变和粒料过渡层的体积应力结合起来，全面评估路面结构的性能。沥青面层的疲劳性能决定了路面抗裂能力，而粒料过渡层的应力依赖特性则决定了结构的稳定性和抗变形能力。这种评估方法使得本专利技术能够根据不同的交通荷载、气候条件等实际工况，设计出最优的路面结构厚度组合，既能确保路面结构的整体性能，又能最大化地降低材料成本。
11、根据沥青面层的疲劳性能和粒料过渡层的应力依赖特性，确定倒装式沥青路面结构的优化设计范围，基于满意度理论确定优化解，并进行其他路面结构力学验算指标对比，推荐最优的倒装式沥青路面结构厚度和模量组合方案。
12、在优化设计的过程中，沥青面层的疲劳性能通过其层底拉应变来衡量，该应变值反映了沥青面层在外部荷载作用下的变形情况。如果拉应变超过某一临界值，则沥青面层容易产生疲劳裂缝，进而影响路面的整体使用寿命。为此，本专利技术在设计中通过力学响应计算，精确获取沥青面层的拉应变数据，以确保面层的厚度和模量在满足疲劳性能要求的同时，尽量减少材料的浪费。
13、另一方面，粒料过渡层的应力依赖特性对其抗压、抗变形能力具有重要影响。粒料过渡层的模量随应力水平的变化呈现非线性特征，这使得传统的线性力学模型无法准确描述其性能。因此，本专利技术通过非线性力学模型，精确计算粒料过渡层的体积应力，确保其能够在不同荷载条件下保持良好的力学性能。
14、在确定了沥青面层的疲劳性能和粒料过渡层的应力依赖特性后，本专利技术采用了满意度理论来进一步优化设计方案。满意度理论是一种通过最大化设计结果与目标期望值之间的一致性来选择最优解的方法。该方法在多变量优化中具有显著的优势，能够平衡多个设计目标，确保最终的设计方案既满足结构性能的要求，又能够最大限度地降低材料成本。在本专利技术中，满意度理论的应用旨在通过多次迭代计算，找出能够同时满足沥青面层疲劳性能和粒料过渡层应力依赖特性的最优厚度和模量组合。
15、优选的，如图3所示，所述d-最优解响应面设计法通过design-expert软件实现，用于确定沥青面层厚度、沥青面层模量、粒料过渡层厚度、粒料过渡层模量、半刚性层厚度、半刚性层模量以及路基模量的最优组合。
16、在本专利技术中，d-最优解响应面设计法通过design-expert软件实现，用于确定沥青面层厚度、沥青面层模量、粒料过渡层厚度、粒料过渡层模量、半刚性层厚度、半刚性层模量以及路基模量的最优组合。该方法的核心在于通过设计最优实验方案，最大化实验信息获取的同时最小化实验次数，从而有效提高设计效率和精度。
17、d-最优解响应面设计法是一种用于处理多因素优化问题的实验设计方法。它特别适本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述D-最优解响应面设计法通过Design-expert软件实现，用于确定沥青面层厚度、沥青面层模量、粒料过渡层厚度、粒料过渡层模量、半刚性层厚度、半刚性层模量以及路基模量的最优组合。
3.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述响应面设计法基于多组实验数据生成，并评估不同厚度和模量组合对沥青面层疲劳性能和粒料过渡层应力依赖特性的影响。
4.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述力学响应计算基于有限元分析方法，利用编译的UMAT子程序，赋予粒料过渡层的应力依赖非线性特征，通过本构模型实现对粒料过渡层应力响应的精确模拟。
5.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述沥青面层的疲劳性能通过评估沥青面层层底的最大主应变来确定，沥青面层层底最大主应变的上限为120με。
6.根据权利要求1所
7.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，优化设计的目标是通过最小化沥青面层层底拉应变和最大化粒料过渡层体积应力，来实现减薄沥青面层厚度和提升沥青路面耐久性的目的。
8.根据权利要求7所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，沥青面层的厚度范围为8cm至18cm，粒料过渡层的厚度范围为10cm至30cm，半刚性层的厚度范围为15cm至40cm。
9.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，沥青面层的动态模量由实际交通参数、温度条件及路基土性质决定，并且根据设计公式推算出不同环境条件下的动态模量。
10.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，优化设计中同时考虑了沥青面层的抗疲劳开裂性能、半刚性层的疲劳性能和粒料过渡层的抗永久变形能力，以确保倒装式沥青路面的整体结构性能和经济效益。
...【技术特征摘要】
1.一种倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述d-最优解响应面设计法通过design-expert软件实现，用于确定沥青面层厚度、沥青面层模量、粒料过渡层厚度、粒料过渡层模量、半刚性层厚度、半刚性层模量以及路基模量的最优组合。
3.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述响应面设计法基于多组实验数据生成，并评估不同厚度和模量组合对沥青面层疲劳性能和粒料过渡层应力依赖特性的影响。
4.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述力学响应计算基于有限元分析方法，利用编译的umat子程序，赋予粒料过渡层的应力依赖非线性特征，通过本构模型实现对粒料过渡层应力响应的精确模拟。
5.根据权利要求1所述的倒装式沥青路面结构厚度优化设计方法，其特征在于，所述沥青面层的疲劳性能通过评估沥青面层层底的最大主应变来确定，沥青面层层底最大主应变的上限为120με。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：万铜铜，刘园园，彭爱红，林天发，马泽欣，仰建岗，谭肖勇，高杰，许竞，余地，周健，姚玉权，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。