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基于旧路三维裂缝的京津塘高速公路加铺层力学分析

作　者: 张艳红
导　师: 申爱琴
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 京津塘加铺层反射裂缝应力强度因子温度场设计方法
分类号: U416.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 62次
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内容摘要

京津塘高速公路于80年代末建成通车。这条交通大动脉带动了北京、天津及塘沽等地的经济建设。投入运营十多年以来,交通量以年平均20%以上的速率增长,道路运载力日趋饱和,交通压力巨大,路面使用性能与服务水平严重下降,难以满足社会与经济发展的需要,对其进行改扩建刻不容缓。公路改扩建设计首先要对现有路面性能的衰减状况进行调查,以获取路面的基础设计参数。本研究在各路段承载能力检测、不同路段钻取芯样性能测试以及各路段路用性能科学评价的基础上,重点根据京津塘公路整体使用现状,结合不同段落的路面破损特征,有针对性地进行不同段落的加铺层设计,为该路的改扩建提供技术支持。本文以京津塘高速公路改扩建工程为依托,首先调查分析了沿线气候条件及旧路的破损状况,裂缝和车辙仍然是各段落主要病害。为了使得加铺设计更加适应现有旧路状况,利用大型有限元软件ANSYS10.0建立了基于旧路带有三维裂缝的加铺层计算力学模型,并模拟现有路面温度场环境,全面计算分析基于旧路带裂缝的加铺层路面结构在荷载、温度以及荷载与温度耦合作用下的力学响应规律。同时,分析了路面设计参数、环境条件及加载方式对加铺层力学响应的敏感性,并揭示了不同加载模式下旧路裂缝对于加铺层受力的影响规律,在一定程度上反映了加铺层中反射裂缝产生的原因。通过理论计算及综合分析,提出了基于旧路裂缝的京津塘高速公路加铺层设计方法,推荐了京津塘高速公路改扩建加铺层典型路面结构。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 问题的提出及研究背景  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 加铺层设计方法  12-13
    1.2.2 加铺层力学分析  13-14
    1.2.3 路面温度场  14-15
  1.3 研究内容  15-16
  1.4 技术路线  16-18
第二章基于旧路裂缝的京津塘路面结构三维模型的建立  18-30
  2.1 模型理论基础  18-21
    2.1.1 沥青路面开裂类型  18
    2.1.2 模型基本假设  18-19
    2.1.3 温度场基本理论  19-21
  2.2 有限元模型说明  21-26
  2.3 京津塘高速公路材料设计参数  26-29
    2.3.1 荷载模式材料参数  26-27
    2.3.2 温度模式与耦合模式下材料参数  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章京津塘加铺层荷载应力计算分析  30-54
  3.1 路面设计参数对加铺层荷载应力的敏感性分析  30-41
    3.1.1 旧路当量模量对荷载应力的影响  30-35
    3.1.2 加铺层厚度对荷载应力的影响  35-41
  3.2 外界条件与模型参数对加铺层荷载应力的敏感性分析  41-49
    3.2.1 加载方式对荷载应力的影响  41-44
    3.2.2 裂缝深度对荷载应力的影响  44-49
  3.3 荷载响应综合分析  49-52
  3.4 本章小结  52-54
第四章京津塘加铺层温度应力计算分析  54-84
  4.1 计算说明  54-56
    4.1.1 京津塘温度场模型的建立  54-55
    4.1.2 有限元求解方法  55
    4.1.3 计算模式  55-56
  4.2 路面设计参数对加铺层温度应力的敏感性分析  56-65
    4.2.1 旧路当量模量对温度应力的影响  56-61
    4.2.2 加铺层厚度对温度应力的影响  61-65
  4.3 外界条件及模型参数对加铺层温度应力的敏感性  65-76
    4.3.1 路表初始温度对加铺层温度应力的影响  65-71
    4.3.2 裂缝深度对温度应力的影响  71-76
  4.4 温度响应综合分析  76-82
  4.5 本章小结  82-84
第五章京津塘加铺层温度、荷载耦合作用下的应力分析  84-104
  5.1 计算说明  84
    5.1.1 热-结构耦合分析简介  84
    5.1.2 计算模式  84
  5.2 路面设计参数对加铺层耦合应力的敏感性分析  84-93
    5.2.1 旧路当量模量对耦合应力的影响  84-90
    5.2.2 加铺层厚度对耦合应力的影响  90-93
  5.3 外界条件对加铺层耦合应力的敏感性分析  93-100
    5.3.1 路表初始温度对耦合度应力的影响  93-97
    5.3.2 加载方式对加铺层耦合应力的影响  97-100
  5.4 耦合响应综合分析  100-102
  5.5 本章小结  102-104
第六章京津塘加铺层力学响应综合分析  104-116
  6.1 荷载、温度及耦合模式下京津塘加铺层力学响应综合分析  104-107
    6.1.1 竖向位移  104-105
    6.1.2 弯拉应力  105-106
    6.1.3 等效应力  106-107
    6.1.4 应力强度因子  107
  6.2 路面设计参数及外界条件对加铺层受力影响综合分析  107-110
    6.2.1 旧路当量模量影响  107-108
    6.2.2 加铺层厚度影响  108
    6.2.3 路表初始温度影响  108-109
    6.2.4 裂缝深度影响  109
    6.2.5 加载方式影响  109-110
  6.3 改进的京津塘高速公路加铺层设计方法  110-114
    6.3.1 基于旧路裂缝的京津塘加铺层设计方法  110-112
    6.3.2 京津塘高速公路改扩建加铺层结构推荐  112-114
  6.4 本章小结  114-116
结论与建议  116-119
  主要研究结论  116-118
  进一步研究建议  118-119
参考文献  119-122
攻读硕士期间发表论文及主要科研实践  122-124
致谢  124-125

基于旧路三维裂缝的京津塘高速公路加铺层力学分析

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