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设置层间功能层的水泥混凝土路面动态响应分析

作　者: 付欣
导　师: 陈拴发
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 水泥混凝土路面沥青混合料功能层动态荷载有限元方法灰色关联分析
分类号: U416.216
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水泥混凝土面层与基层之间接触不良是导致水泥混凝土路面破坏的主要原因之一,在水泥混凝土面层与基层之间铺设沥青混合料功能层可以有效改善层间条件,但目前对于这种复合式路面结构的应力状态研究不够深入。实际路面结构承受的是动态车辆荷载,本文对设置功能层的水泥混凝土路面结构在动态荷载作用下的力学响应进行了有益的探讨。通过分析弹性地基板理论的局限性,基于路面结构有限元方法,运用ANSYS对规范中的算例进行了分析,得出利用ANSYS求解路面结构响应是可行的。基于动态分析有限元基本方程,阐述了阻尼系数的求解过程,得出了本文计算采用的动态车辆荷载类型。建立了基于功能层的水泥混凝土路面有限元模型,论述了模型的基本假设、材料参数、几何尺寸、边界条件、车辆荷载作用轮迹的简化、荷载临界作用位置、计算点和指标等。分别针对半刚性基层与刚性基层,对设置功能层的水泥混凝土路面结构在动态荷载作用下的力学响应进行了参数分析,研究了行车速度对力学响应的影响。最后,采用灰色关联分析方法对设置功能层的水泥混凝土路面结构力学响应的影响因素进行敏感性分析,通过回归分析得到了路面结构力学响应的计算公式。本文的研究结果可以为设置功能层的水泥混凝土路面的结构设计和施工提供理论指导。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究目的与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 水泥混凝土面层与基层层间相互作用  11-12
    1.2.2 车辆动态荷载  12-13
    1.2.3 路面结构动态响应  13-16
  1.3 主要研究内容与技术路线  16-18
第二章水泥混凝土路面结构分析理论  18-25
  2.1 弹性地基板理论  18-21
    2.1.1 薄板弯曲方程  18-19
    2.1.2 温克勒地基  19-20
    2.1.3 弹性半空间地基  20-21
  2.2 路面结构有限元方法  21-22
    2.2.1 有限元方法  21-22
    2.2.2 路面结构有限元模型  22
  2.3 有限元模型验证  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章基于层间功能层的水泥混凝土路面结构有限元模型  25-39
  3.1 动态分析有限元方法  25-27
    3.1.1 基本方程  25
    3.1.2 结构阻尼  25-27
  3.2 车辆动态荷载  27-29
    3.2.1 动态荷载产生的原因  27
    3.2.2 动态荷载类型  27-29
  3.3 动态分析有限元模型  29-35
    3.3.1 基本假设  29
    3.3.2 材料参数  29-30
    3.3.3 模型尺寸  30-32
    3.3.4 边界条件  32-33
    3.3.5 车辆荷载轮迹  33
    3.3.6 荷载临界作用位置  33-34
    3.3.7 有限元单元  34-35
  3.4 计算点与分析指标  35-38
    3.4.1 水泥混凝土面层  35-37
    3.4.2 沥青混合料功能层  37
    3.4.3 基层  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章设置层间功能层的半刚性基层水泥混凝土路面动态分析  39-59
  4.1 面层参数对路面结构受力状态的影响  39-44
    4.1.1 面层厚度  39-41
    4.1.2 面层模量  41-44
  4.2 功能层参数对路面结构受力状态的影响  44-48
    4.2.1 功能层厚度  44-46
    4.2.2 功能层模量  46-48
  4.3 半刚性基层参数对路面结构受力状态的影响  48-52
    4.3.1 半刚性基层厚度  48-50
    4.3.2 半刚性基层模量  50-52
  4.4 地基模量对路面结构受力状态的影响  52-54
  4.5 行车速度对路面结构受力状态的影响  54-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章设置层间功能层的刚性基层水泥混凝土路面动态分析  59-78
  5.1 面层参数对路面结构受力状态的影响  59-63
    5.1.1 面层厚度  59-61
    5.1.2 面层模量  61-63
  5.2 功能层参数对路面结构受力状态的影响  63-67
    5.2.1 功能层厚度  63-65
    5.2.2 功能层模量  65-67
  5.3 刚性基层参数对路面结构受力状态的影响  67-71
    5.3.1 刚性基层厚度  67-69
    5.3.2 刚性基层模量  69-71
  5.4 地基模量对路面结构受力状态的影响  71-73
  5.5 行车速度对路面结构受力状态的影响  73-76
  5.6 本章小结  76-78
第六章基于层间功能层的水泥混凝土路面动态响应灰关联分析  78-89
  6.1 灰色关联分析  78-79
    6.1.1 方法概述  78
    6.1.2 计算步骤  78-79
  6.2 基于层间功能层的半刚性基层水泥混凝土路面  79-83
    6.2.1 灰关联分析  79-82
    6.2.2 力学响应回归公式  82-83
  6.3 基于层间功能层的刚性基层水泥混凝土路面  83-87
    6.3.1 灰关联分析  83-85
    6.3.2 力学响应回归公式  85-87
  6.4 本章小结  87-89
结论及展望  89-92
  主要结论  89-90
  进一步研究的问题  90-92
参考文献  92-97
致谢  97

设置层间功能层的水泥混凝土路面动态响应分析

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