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重交通瀝青路面設計理論及其應用

我國高速公路建設已歷 20 年。目前的設計理論借鑒了國外的思想，其實質是輕交通路面設計思想的簡單外延。我國道路的特點是交通量大，重車比例高，如外環(huán)線的重車高達 65%，遠遠大于國外約 10%；超載嚴重，載重車超限比例達 51%。這導致路面壽命僅 5-8 年，許多公路通車 1-2 年即大量損壞，遠小于國外 20 年以上的壽命。本研究集 17 年研究積累，創(chuàng)建了重交通瀝青路面的完整設計理論。首先，通過實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了路面損壞的新類型；首次測定了動水壓力，發(fā)現(xiàn)了瀝青的遷移現(xiàn)象；首次揭示了非均布重載下的路面力學響應和 Top-Down 損壞的必然性；系統(tǒng)闡明了路面損壞的新機理和新模式，提出了設計新指標，為新理論構建打下了基礎。其次，根據(jù) 17 年來積累的海量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了路面全壽命結構行為方程；提出了等效結構變換法，統(tǒng)一了國際路面核心設計理論；發(fā)現(xiàn)了影響路面溫度的新因素，建立了實用預測方法；首次考慮了剪切疲勞效應，建立了永久變形預估模型；建立了材料 5 面體控制標準；提出了 "按性能設計，按力學驗算"的設計思想，實現(xiàn)了使用性能與力學性能、結構設計與材料設計的并軌。其三，發(fā)明了普適改性瀝青系列技術，綜合性能優(yōu)于國際產(chǎn)品，打破了壟斷；提出了技術標準，研制了生產(chǎn)設備，實現(xiàn)了國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。最后，研發(fā)了系列實驗設備，為結構和材料評價提供了新手段。成果在瀝青路面的損壞機理、溫度場預估、抗剪試驗以及設計思想、方法方面具有突破和原始創(chuàng)新，核心設計理論的統(tǒng)一和"按性能設計、按力學驗算"的提出，是路面領域的重大理論突破。申請專利 14 項，出版專著 2 部，論文 177 篇，EI 檢索 65 篇，部分被引 749 次。近 5 年應邀在全國講座 45 次。成果在國際最繁重的深港西部通道等 20 條重交道路上直接使用，最長已用 13 年依然完好，節(jié)約路面建設資金 15-30%；已在北京、廣東、山東、江蘇等省市全面使用，其他省市間接使用，部分成果已被 2007 年規(guī)范所采納，累計節(jié)約投資 2 億 8 千多萬元。

同濟大學 2021-04-13

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