文档介绍：东南大学
博士学位论文
半刚性基层沥青路面两阶段设计方法研究
姓名:王宏畅
申请学位级别:博士
专业:道路与铁道工程
指导教师:黄晓明
20051125
摘要我国公路建设中广泛运用的半刚性基层沥青路面早期破坏严重,路面的实际使用寿命低于设计寿命。目前大量出现的损坏是现行理论和规范所无法解释的,路面实践中所暴露的大量问题促使应对路面设计理论及设计方法进行反思。本文运用有限元方法对沥青路面进行了疲劳断裂分析,研究了沥青路面裂缝的扩展规律,并提出了两阶段路面结构设计方法,旨在探索延长路面使用寿命的途径。首先进行半刚性基层沥青路面结构特点分析,简化半刚性基层湿度及温度场,建立半刚性基层收缩模型,动态模拟半刚性基层的收缩开裂,揭示半刚性基层的工作状态,并对影响半刚性基层表面裂缝产生的各因素进行了力学分析,进而分析总结半刚性基层沥青路面裂缝的类型@头瓷淞逊旌捅砻嫫@土逊及其成因。接着建立三维有限元模型,引入奇异等参单元计算裂缝的应力强度因子,模拟路面结构裂缝的扩展行为,详细分析不同结构层组合等对各种裂缝应力强度因子及扩展规律的影响。并采用人工神经网络的方法,建立了沥青路面裂缝应力强度因子的预测模型。然后建立半刚性基层沥青路面两阶段疲劳模型,对半刚性基层沥青路面疲劳开裂寿命及其影响因素进行了系统研究,预测其两阶段疲劳寿命。采用道路结构温度场的指数模拟简化函数,并建立二维有限元模型,同时考虑了温度变化时沥青混凝土材料的弹性模量和温缩系数的差异性后,计算分析了半刚性基层沥青路面表面裂缝和面层反射裂缝在温降过稃中的扩展规律,并分别对其温度疲劳断裂寿命进行了预估。最后重新审视半刚性基层沥青路面的设计理念,在增加控制沥青路面表面疲劳裂缝及考虑半刚性基层已存在的收缩裂缝的基础上,对沥青面层和半刚性基层进行疲劳设计,并提出了半刚性基层沥青路面两阶段设计方法。关键词:半刚性基层应力强度因子两阶段寿命预估神经网络路面设计摘要
皌Ⅲ’餓∽。,.;籥...;籰Ⅱ
,随着我国经济的迅速发展,高速公路的里稃不断增加,旯匪方煌ㄐ幸捣⒄雇臣乒ūā繁砻鳌緇】:公路建设随着国家综合实力的提高和州部大丌发战略的实施而得剑空前的发展,截年底,全国公路总里程达到蚬ɡ铩F渲懈咚俟公里。⑽榷ㄐ院谩逄逍强以及经济等特点,而被广泛用于修建高等级公路沥青路面的基层或底基层。我国在建或已建成的高速公路,据统计%以上采片敫招曰懔で嗦访妗=窈笠欢问奔浒敫招曰懔で嗦访嫒越俏夜鶬虱道主线的主要路面结构形式。同时,在我国的机场建设和城市道路建设中也广泛地选用沥青路面。因此,不断提高半刚性基层沥青路面的设计、施工和维修管理水平并防止和控制路面的早期破坏,对于促进我国公路变通基础设施的健康发展具有特别重要的意义。为提高我,国家从七·百期间开始组织开展了“高等级公路半刚性基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”,对沥青混合料的岛温稳定性,低温抗裂性,沥青面层开裂机理、车辙和疲劳、抗滑表层设计和应用,半刚性基层材料的强度特性、收缩特性及组成设计要求等进行了深入的研究,提出了较为完整的研究报告。而八·五期问,则在全国范围内组织歼展了“半刚性基层渤青混凝土路面典型结构研究”,并取得了丰硕成果。表谐隽宋夜糠忠呀ǜ咚俟返穆访娼峁辜厚度口】【俊我国高速公路沥青路面结构表第一章概述道路简名基层厚度名称『⒅辛J剑狭J宜槭细粒式、中粒式、粗粒式水稳碎石中粒式,中粒式、粗粒式二狄土中粒式、粗粒式,贯入式石灰粉煤狄碎石砂砾中粒式、粗粒式、沥青碎石京石本┒细粒式、中粒式、泐青许石二灰砂砾京深中粒式、粗粒式帅析狄上广花辛J水泥碎石水泥为屑中粒式、租粒式、渤青碎石水泥井石济青水泥砂砾辛J剑至J郑州一洛阳中粒式、粗粒式、粗粒式细粒式、粗粒式、粗粒式水稳碎石级配碎石深一汕中粒式、沥青碎石泐青面层厚度沂淮江二灰淮盐二灰上京福蕉ǘ二狄碎石沪嘉莘松石灰粉煤灰碎石二灰井石广深级配未处治碎石海南东干线石灰青岛一黄岛石灰土沪宁改选前二灰碎石二灰土斩改造后旧路血铣刨料佛一开水泥确屑水泥自屑两安一铜铀灰土.
不同道路,交通等级的柔性/半刚性路面类犁┘觯敛煌萍碎石袄、二狄稳定碎石袄半刚性材料成为土要的基层材料。⒄为。其一般土基炕v煌ǖ燃初始平均日交通量公路的典型路面结从表锌煽闯鑫夜咚俟啡瞬糠治0敫招曰沣钋嗦访娼峁梗谡庑┥乔嗦访嬷校辔榷范围,面层最厚的也有广深高速公路畋〉奈9慊ǜ咚伲。另一个主要差别是半刚性基层厚度和类型,基层最厚的