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基于抗车辙功能的高模量沥青混凝土路面力学响应与结构设计

作　者: 徐占磊
导　师: 郑木莲
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 高模量沥青混凝土 车辙 剪应力 粘弹性 结构设计
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着社会经济和交通运输事业快速发展,交通重载和渠化加剧,沥青路面早期车辙损害越来越普遍,严重影响路面行车的安全和舒适性,防治车辙已成为亟须解决的问题。高模量沥青混凝土(HMAC)路面具有良好的抗车辙性能,但在我国还处于初期应用阶段,缺乏对HMAC路面的系统研究,路面进行结构设计方面还存在一定的盲目性。本文利用有限元软件,基于弹性和粘弹性理论,对HMAC路面的力学响应进行分析,为HMAC路面结构设计提供依据。论文首先根据弹性层状理论体系,建立了沥青路面三维有限元模型,通过分析HMAC设置在不同层位时路面结构的力学响应,确定出其合理的设置层位。借助正交试验设计分析了设置HMAC后面层厚度、基层模量和轴载等因素变化对路面结构应力、应变和变形的影响,结果表明HMAC可显著抑制车辙的产生,并据此推荐出HMAC路面的合理结构。其次,通过对单轴静载蠕变试验和抗压回弹模量试验结果的处理及回归分析,得出普通沥青混凝土和HMAC材料的粘弹性参数。建立了不同组合沥青路面结构的三维粘弹性计算模型,对比分析了普通沥青混凝土路面和HMAC路面的力学响应,进一步证明HMAC抗车辙性能的优越性,并为HMAC路面结构设计提供了参考。最后,根据沥青路面车辙形成机理,在现有设计方法的基础上,结合HMAC路面结构受力特点,完善了HMAC路面增加以永久变形为设计指标,面层剪应力为验算指标的结构设计方法,为HMAC在我国的推广应用方面提供了一定的理论支持。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 问题的提出  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 国外现状  11-13
    1.2.2 国内现状  13-14
  1.3 主要研究内容  14-16
第二章 HMAC路面结构数值分析  16-52
  2.1 车辙病害调查  16-24
    2.1.1 调查路段概况  16-18
    2.1.2 交通量调查  18
    2.1.3 车辙病害调查  18-22
    2.1.4 沥青路面病害成因初步分析  22-24
  2.2 有限元模型的建立  24-31
    2.2.1 路面结构层材料参数的获取与确定  24-27
    2.2.2 层间接触条件  27
    2.2.3 荷载作用方式  27-28
    2.2.4 有限元分析模型  28-29
    2.2.5 路面结构力学指标  29-31
  2.3 HMAC路面合理设置层位确定  31-39
    2.3.1 常温下HMAC路面合理层位确定  31-35
    2.3.2 高温下HMAC路面合理层位确定  35-39
  2.4 HMAC路面合理路面结构推荐  39-50
    2.4.1 试验设计  39-42
    2.4.2 计算结果分析  42-47
    2.4.3 合理结构推荐  47-50
  2.5 本章小结  50-52
第三章 基于粘弹性理论HMAC路面永久变形模拟  52-71
  3.1 粘弹性理论  52-59
    3.1.1 沥青混合料的粘弹性特征  52
    3.1.2 线性粘弹性模型  52-55
    3.1.3 非线性粘弹性模型  55-56
    3.1.4 有限元中沥青混合料粘弹性本构关系的实现  56-59
  3.2 沥青路面粘弹性参数确定  59-63
    3.2.1 车辙等效温度  59-60
    3.2.2 单轴静载蠕变试验  60-62
    3.2.3 粘弹性模型参数  62-63
  3.3 HMAC沥青路面永久变形数值模拟  63-69
    3.3.1 沥青路面车辙预估有限元模型  63-66
    3.3.2 HMAC路面永久变形数值模拟  66-69
  3.4 本章小结  69-71
第四章 HMAC路面结构设计方法  71-79
  4.1 剪应力指标  71-73
    4.1.1 剪应力指标的必要性  71
    4.1.2 HMAC路面面层剪应力的预估公式  71-73
    4.1.3 剪应力指标的应用  73
  4.2 车辙指标  73-76
    4.2.1 车辙指标的必要性  73-74
    4.2.2 HMAC路面面层车辙预估  74
    4.2.3 路面永久变形预估公式和修正  74-75
    4.2.4 车辙指标应用  75-76
  4.3 基于抗车辙性能HMAC路面结构设计  76-78
  4.4 本章小结  78-79
主要结论及进一步研究建议  79-81
  主要结论  79-80
  进一步研究建议  80-81
参考文献  81-84
致谢  84

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 路基、路面工程 > 路面工程 > 路面：按使用材料分 > 沥青路面
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