基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法及设备、存储介质技术

本发明专利技术公开了一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法及设备、存储介质，方法包括：确定路面结构层粒料类材料及路基土结构层对应的关键响应指标，作为等效计算依据；按照实际路面结构创建轴对称的路面结构数值计算模型，通过有限元方法计算考虑材料非线性特征的结构层关键响应Response

【技术实现步骤摘要】
基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法及设备、存储介质


[0001]本专利技术属于道路工程
，涉及一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法及设备、存储介质。

技术介绍

[0002]粒料类材料和路基土具有显著的非线性特征，其模量在空间上往往呈现非均匀分布，而在当前的基于弹性层状体系的沥青路面设计框架下，往往需要进行等效模量换算。
[0003]在当前沥青路面设计体系下，非线性材料等效模量确定方法大多仍采用基于当量应力状态的方法确定，而弯沉等效原则也以经验公式或诺模图的形式应用于路基顶面当量综合模量计算，沥青路面结构层模量取值缺乏科学合理的方法。
[0004]此外，现行《JTG D30
‑
2015公路路基设计规范》采用标准应力状态进行路基土等效模模量计算，且建议将弯沉等效原则作为等效标准，这与现行《JTG D50
‑
2017公路沥青路面设计规范》中基于关键响应的设计指标(沥青混合料层永久变形量、沥青混合料层层底拉应变、无机结合料稳定层层底拉应力及路基顶面竖向压应变)并不匹配，为沥青路面设计造成较大困难。
[0005]基于以上原因，本专利技术提出一种基于关键响应等效的沥青路面结构层等效模量确定方法。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法，快速获得非线性材料的等效静模量，科学合理，准确性更高，为直接进行沥青路面设计提供理论依据，解决了现有技术中存在的问题。
>[0007]本专利技术的另一目的是，提供一种电子设备。
[0008]本专利技术的第三目的是，提供一种计算机存储介质。
[0009]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法，具体按照以下步骤进行：
[0010]S1，基于实际路面结构层的类型，确定路面结构层粒料类材料及路基土结构层对应的关键响应指标，作为等效计算依据；
[0011]S2，按照实际路面结构创建轴对称的路面结构数值计算模型，通过有限元方法计算考虑材料非线性特征的结构层关键响应Response
i
，作为等效线模量迭代计算目标值，其中i表示第i关键响应；其他结构层模量设定为定值；
[0012]S3，基于当量应力状态的方法计算粒料类及路基土结构层初始迭代模量，通过有限元方法计算各迭代步下的关键响应即按照层状弹性体系理论计算各迭代模量值，各结构层模量均设定为定值；
[0013]S4，根据计算获得的与Response
i
确定下一次迭代模量，直至满足收敛条件时结束迭代；通过不停的迭代模量值，使得尽可能接近Response
i
，当满足收敛条件时，所获得的模量值即非线性结构层的等效线弹性模量。
[0014]另一技术方案是，一种电子设备，采用上述的方法实现沥青路面结构层等效模量确定。
[0015]第三技术方案是，一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现上述的路面结构层等效模量确定方法。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术仅需通过路面结构厚度、面层模量、基层模量、底基层和土基的非线性参数、泊松比、密度等信息，便可快速获取非线性材料的等效静模量，使得基于弹性层状体系理论计算的响应结果尽可能接近考虑材料非线性特性的响应结果，且等效计算是基于路面结构层关键响应开展的，使得本专利技术较传统的等效模量确定方法而言，更科学、合理，准确性更高。
[0018]本专利技术提出的一种基于沥青路面关键响应设计指标的结构层等效模量计算方法，能够替代现有基于当量应力状态以及基于弯沉等效的计算方法，克服了现有方法存在的问题，为直接进行沥青路面设计提供科学的理论依据，进一步提高了沥青路面设计水平。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例中路面结构有限元模型图。
[0021]图2是本专利技术实施例基于关键响应等效的路面结构等效模量计算流程图。
[0022]图3是本专利技术实施例考虑非线性的有限元数值计算流程图。
[0023]图4a是本专利技术实施例路面结构A的路表弯沉变形。
[0024]图4b是本专利技术实施例路面结构A的路基顶面弯沉变形。
[0025]图4c是本专利技术实施例路面结构B的路表弯沉盆。
[0026]图4d是本专利技术实施例路面结构B的路基顶面弯沉变形。
[0027]图4e是本专利技术实施例路面结构C的路表弯沉变形。
[0028]图4f是本专利技术实施例路面结构C的路基顶面弯沉变形。
[0029]图4g是本专利技术实施例路面结构D的路表弯沉变形。
[0030]图4h是本专利技术实施例路面结构D的路基顶面弯沉变形。
[0031]图5是本专利技术实施例结合BP神经网络对非线性结构层等效线弹性模量的预测结果。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]实施例1，
[0034]一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法，如图2所示，具体按照以下步骤进行：
[0035]S1，建立三参数预估方程，见式(1)；
[0036][0037]其中，M
R
为材料回弹模量；θ为体应力，θ＝σ1+σ2+σ3；τ
oct
为八面体剪应力，p
a
为标准大气压，p
a
＝101kPa；σ1，σ2，σ3为x，y，z方向应力大小，x，y，z分别对应三维空间坐标系的三个方向，xy为水平面上的两个相互垂直方向，z为垂直于水平面的方向。
[0038]参照当前《JTG 3430
‑
2020公路土工试验规程》、《JTG D30
‑
2015公路路基设计规范》、《JTG D50
‑
2017公路沥青路面设计规范》，通过室内重复动三轴试验、物性参数预估等方法获得粒料类材料或路基土材料对应的非线性回弹模量模型的拟合参数k1，k2，k3。
[0039]结合实际沥青路面结构类型，按表1选择粒料类材料及路基土结构层对应的关键响应指标，作为等效计算依据。表1中指标与《JTG D50
‑
2017公路沥青路面设计规范》中表6.2.1的设计指标对应，且均为荷载作用中心沿深度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：S1，基于实际路面结构层的类型，确定路面结构层粒料类材料及路基土结构层对应的关键响应指标，作为等效计算依据；S2，按照实际路面结构创建轴对称的路面结构数值计算模型，通过有限元方法计算考虑材料非线性特征的结构层关键响应Response
i
，作为等效线模量迭代计算目标值，其中i表示第i关键响应；其他结构层模量设定为定值；S3，基于当量应力状态的方法计算粒料类及路基土结构层初始迭代模量，通过有限元方法计算各迭代步下的关键响应即按照层状弹性体系理论计算各迭代模量值，各结构层模量均设定为定值；S4，根据计算获得的与Response
i
确定下一次迭代模量，通过不停的迭代模量值，使得尽可能接近Response
i
，当满足收敛条件时，所获得的模量值即非线性结构层的等效线弹性模量。2.根据权利要求1所述一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法，其特征在于，所述步骤S1中关键响应指标包括：无机结合料稳定类基层+粒料类底基层的面层层底压应变、基层层底拉应力，无机结合料稳定类基层+粒料类底基层的路基顶面压应变，无机结合料稳定类基层+无机结合料稳定类底基层的底基层层底拉应力，沥青结合料类基层+粒料类底基层的面层层底压应变、面层层底拉应变，沥青结合料类基层+粒料类底基层的路基顶面压应变，沥青结合料类基层+无机结合料稳定类底基层的底基层层底拉应力，粒料类基层+粒料类底基层的面层层底拉应变、面层层底压应变，粒料类基层+粒料类底基层的路基顶面压应变，粒料类基层+无机结合料稳定类底基层的面层层底拉应变、面层层底压应变，粒料类基层+无机结合料稳定类底基层的底基层层底拉应力。3.根据权利要求1所述一种基于关键响应等效的路面结构层等效模量确定方法，其特征在于，所述步骤S2中，计算考虑材料非线性特征的结构层关键响应Response
i
，按下列步骤进行：S21，赋予粒料类材料及路基土结构层各单元初始模量i为单元编号，t0为初始时间步；S22，采用有限元数值计算方法获得t
k
时间步下各单元应变大小，每个时间步内，按式(7)计算单元应力大小；其中，(n)表示第n步迭代，n＝0,1,2,
…
；；表示单元i在第t
k
时间步、第n次迭代的节点拉梅系数；时间步、第n次迭代的节点拉梅系数；表示单元i在第t
k
时间
步、第n次迭代的节点剪切模量；拉梅系数和剪切模量都是弹性力学中的物理参数，常用于描述应力应变关系；分别为单元i在第t
k
时间步、第n次迭代的径向、竖向、环向、切向应力大小；表示单元i第n次迭代的单元模量大小；表示单元i第n次迭代的单元模量大小；分别为单元i第n次迭代的径向、竖向、环向、切向应变增量大小；i表示单元编号；t
k
为计算时间步，t
k
＝t0,t1,t2,...,T；T为计算总时长；分别表示第t
k
‑1时间步迭代结束时的径向、竖向、环向、切向应变大小，μ表示泊松比；S23，按式(8)更新t
k
时间步时第(n+1)次迭代时单元i的模量大小，并重新计算应变增量按式(9)进行收敛判定，满足条件时时结束迭代；式中，式中，代表t
k
时间步、单元i第n次迭代计算的体应力，表示代表t
k
时间步、单元i第n次迭代计算的径向应力大小，表示代表t
k
时间步、单元i第n次迭代计算的竖向应力大小；力大小；表示t
k
时间步、单元i第n次迭代计算的八面体剪应力大...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾凡，范海山，张军辉，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：