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研究生:賴沿鈴
研究生(外文):Yan –Ling Lai
論文名稱:應用落重撓度儀資料探討瀝青混凝土材料特性之研究
論文名稱(外文):Investigation of Asphalt Concrete Material Properties Using FWD Data
指導教授:李永鍵
指導教授(外文):Yung-Chien Lee
學位類別:碩士
校院名稱:東南技術學院
系所名稱:防災科技研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:落重撓度儀黏彈材料特性延遲時間最大變位值
外文關鍵詞:FWDViscoelastic MaterialFlexible PavementMaximum Deflection
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台灣地區目前約97﹪的道路為柔性鋪面,在交通流量龐大重車超載行駛的狀況下,容易產生車轍、坑洞等損壞,進而降低鋪面服務成效,並提早破壞。一般最常見的傳統路面檢測為鑽心試驗,此作法不僅阻礙交通、造成路面結構破壞;且取樣、試驗費時,對鋪面成效的檢測效率極差。相對地,非破壞性試驗則具備量測迅速和維持路面完整之優點,衝擊式落重撓度儀(FWD) 是目前最被廣泛使用於評估道路結構品質的非破壞性檢測工具之ㄧ,近年來已成為路面結構強度調查之主流方法。
FWD除可記錄不同位置最大變位值外,尚可輕易的變換落鎚的重量及高度,產生不同的加載力,並紀錄歷時資料,本研究利用現地FWD試驗的數據資料進行分析,分析方法計分為兩大部份,第一部份為多重加載力與變位關係做分析,第二部份為使用歷時資料找加載力與變位反應的延遲時間,並用以檢測驗證瀝青混凝土黏彈材料的行為特性。
第一部份的分析步驟目的在於探討施加荷重對最大變形的關係變化,並透過不同試驗位置及不同鋪面溫度的變化探討其力與變位關係(K值)受影響的情形。第二部份分析的重點在於將利用FWD的歷時資料及瀝青混凝土黏彈材料的行為特性,進行研究與分析,其中一個重點即在於施力與變位反應的延遲時間(Δt),透過延遲時間的判定,推估現地材料狀況。
研究結果顯示,溫度愈高則K值愈小,即溫度高者瀝青混凝土勁度(stiffness)較弱,此現象與瀝青混凝土的黏彈性特性符合。相同溫度下,輪跡處(受重覆荷重較多的地方)其K值較車道中央的K值為高,此可能是輪跡處的瀝青混凝土受壓密的程度較車道中央為大。而延遲時間隨瀝青混凝土溫度的增加而增加,因瀝青混凝土材料的黏彈性行為特性,即溫度愈高,黏性特徵愈明顯,則變位的延遲時間愈大。
本研究結果證實,利用FWD的多重荷重試驗及其荷重與變位反應的歷時資料,確實可以檢測出現地瀝青混凝土的行為特性。利用傳統的FWD試驗配合本研究的分析方法,應可提供以往所未能被重視的檢測分析,進而增加現地鋪面檢測的精確性,提昇鋪面維護與管理的效率,維持鋪面品質與服務水準。
About 97% of traffic roads are flexible pavements in Taiwan. The pavement condition is facing fast deterioration, such as rutting and cracking, due to the large amount of vehicle flows and heavy truck loads. Taking cores is one of the common methods for the investigation of in-situ pavement conditions. However, this method needs to break the pavement material and requires a long testing time, which is not very efficient and costly. Non-destructive Testing (NDT), on the other hand, is very fast and can keep the pavement intact as it is. The Falling Weight Deflectometer (FWD) is one of the most popular NDT equipments to be utilized for the in-service pavement evaluations.
FWD testing can not only measure the maximum deflections, but also record the time history data at the same time. Other than the backcalculation procedures that most people do for the analysis of FWD data, this study focuses on the effects of both multiple loads and the time history data. The first procedure being taken was to analyze the relationships between the impulse load and the response deflections (K values) under different FWD load levels. Effects of pavement condition and pavement temperature were also taken into account in the analysis. The second procedure was to study the phenomena caused by the input load and the deflection response using the time history data. The main goal in this procedure was to determine the time difference (∆t) between the peak time of load (input) and deflection (response). By investigating the effects of ∆t under different conditions (such as load levels, temperatures, locations), it is possible to estimate the pavement material properties.
The study results show that the higher the pavement temperature, the smaller the K value. This result matches the viscoelastic material properties of asphalt concrete. That is, the stiffness (K value) of asphalt concrete is lower when temperature is higher. It was also found that the K value under the wheel path is larger than those in the lane center. This may due to the material under wheel path has larger compressive density and hence produces larger K value. Analysis from the second procedure shows that the ∆t increases as the pavement temperature increases. This again explains that asphalt concrete is a viscoelastic material.
This study provides a creative scheme that by using the easily acquirable FWD multiple loading test data and the time history data, it is possible to evaluate asphalt concrete material properties in service. The proposed analysis procedures will supply further material properties in a more detail manner in addition to the commonly use of backcalculation for highway agencies. It will help increase the prediction precision of in-situ pavement condition, improve the service quality of pavement, and ensure an efficient pavement manage system.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅲ
誌 謝 Ⅴ
目 錄 Ⅵ
表 目 錄 Ⅸ
圖 目 錄 Ⅹ
第一章 緒論
1.1研究背景..............1
1.2研究目的..............2
1.3研究步驟..............3
第二章 文獻回顧
2.1瀝青材料的性質.........4
2.1.1瀝青的黏彈性材料行為..4
2.2鋪面破壞分析...........7
2.2.1疲勞龜裂.............7
2.2.2車撤................8
2.3排水性瀝青混凝土........8
2.3.1排水性瀝青混凝土之特性.10
2.3.2排水性瀝青混凝土材料組成12
2.4鋪面非破壞性試驗類型......15
2.4.1靜力撓度試驗...........19
2.4.2穩態動力撓度試驗........19
2.4.3衝擊式撓度儀............20
2.4.4波傳遞試驗..............20
第三章 研究方法與步驟
3.1撓度試驗..................22
3.2 FWD試驗儀器..............23
3.2.1 Dynatest 8000型落錘式繞度儀之施測原理.23
3.2.2 FWD試驗操作流程........27
3.3現地試驗配置與溫度紀錄.....29
3.4 FWD試驗資料分析方法......30
3.4.1撓度值的回算應用........30
3.4.2暫態資料分析...........31
3.5分析步驟.................32
第四章 資料分析與討論
4.1 FWD試驗資料分析.........33
4.2 FWD最大變形與施力資料分析.34
4.3 FWD歷時資料分析.........46
4.4 分析結果與討論..........61
第五章結論與建議
5.1 結論..................63
5.2 建議..................64
參考文獻...................65
附 錄 A....................69
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