文档介绍：长安大学
硕士学位论文
基于有限元方法的沥青路面车辙影响因素分析及其应用研究
姓名:杨博
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:张争奇
20100603
摘要车辙作为沥青路面永久变形的一种具体表现形式,是我国高速公路沥青路面最为严重的破坏类型之一。沥青路面的车辙不仅影响路面的使用性能,而且严重威胁着交通安全。由于研究方法的限制,目前对沥青路面车辙影响因素的研究多注重于沥青混合料的材料组成,路面结构对沥青路面车辙的影响分析研究较少,而从结构角度合理分析沥青路面车辙的影响因素对指导我国沥青路面的设计与施工是十分重要的。因此,本文根据我国沥青路面主要结构形式,采用组合结构车辙试验和有限元分析方法,研究沥青路面车辙的影响因素及其在工程中的应用。本文根据实际调查和文献调查,从结构角度分析验证沥青路面永久变形的形成机理及影响因素。采用有限元软件,分析组合结构车辙试验的可行性,并设计开发适合国产车辙试验设备的组合结构车辙试验试模,针对沥青路面车辙的影响因素,开展组合结构车辙试验研究。考虑沥青混合料的高温流变特性,推荐采用时间硬化模型确定沥青混合料材料参数,给出了参数拟合过程中互相关问题的解决方法。采用二维平面模型,“以静代动的荷载简化方法,建立沥青路面永久变形有限元分析模型。研究基层形式、面层模量比以及沥青层厚度对沥青路面永久变形的影响,并推荐不同基层形式沥青路面结构的合理面层模量比和沥青层厚度。在沥青路面车辙成因及影响因素分析的基础上,研究有限元分析方法用于沥青路面车辙预估的可行性,采用二次开发技术,提出基于有限元分析程序的沥青路面车辙预估系统的设计流程、组成部分以及输入参数实现的方法,并根据沥青路面车辙预估结果,提出了考虑车辙发展趋势的沥青路面结构厚度设计方法和养护管理决策。关键词:沥青路面、车辙、结构、影响因素、有限元
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娥●溯●■引驯■■■■■■㈣●■■■啪■■■:哪■■■■■第一章绪论侍獾奶岢黾把芯恳庖改革开放以来,我国经济建设事业蓬勃发展,作为区域性经济建设的基础性和先导性建设工程的公路,特别是高速公路发展迅猛。年眨ǔ公里的沪嘉高速公路通车,结束了我国大陆没有高速公路的历史:年至年,沈大公里⒕┙蛱ɡ、,高速公路通车里程达到蚬ɡ图芰课痪邮澜绲诙尽В长速度居世界第一。短短二十几年,我国高速公路建设走过了西方发达国家几十年的历程。在我国高速公路建设中,由于沥青路面具有行驶舒适、视觉效果好、噪声低、铺筑速度快、养护维修方便等优势,绝大部分高速公路都采用了沥青路面。近年来由于全球气候变暖,夏季高温期延长以及车辆重载化和渠化交通等环境和交通方面的因素,沥青路面出现了大量的早期破坏现象。其中,车辙现象尤为普遍,也最为严重。车辙是在行车荷载重复作用以及气温等因素综合作用下产生的一种累积永久变形,表现为沿行车轮迹产生纵向的带状凹槽,严重时凹槽两侧会有隆起,造成路面使用车辙问题是世界性的难题,二十世纪七十年代末,美国各州公路与运输官员协会曾做过调查统计,在被调查的条主要公路中,有条公路的破坏是由于车辙引起的,%;在我国,从南到北,由东至西,不同省份的沥青路面都出现Ⅲ●■■㈨●■图我国高速公路通车里程性能恶化。、/
沥青路面结构永久变形影响因素国内外研究现状了车辙,很多沥青路面在使用年后,路面车辙就达到深度,甚至以上,大大提高路面的养护维修费用,年台湾省交通统计摘要指出,车辙已经成为沥青路面的主要损害形式,每年大约的沥青路面需要维修,其维修费用已占到全年预算的%/。车辙不仅影响了行车的舒适性和安全性,而且也降低了经济和社会效益。因此,防治车辙病害是当今公路建设中的首要问题。防治沥青路面的车辙病害,需要从沥青路面的组成材料和沥青路面的组成结构两方面进行研究。很多研究人员直观的认为,沥青混合料的高温稳定性不足是沥青路面产生车辙的主要原因,因此大多数控制沥青路面车辙的方法都主要致力于提高沥青混合料的高温性能。这种认识对防治沥青路面车辙起到了积极的作用,但是并不全面。沥青路面车辙的产生除了混合料本身的原因之外,还有结构因素。比如,沥青路面的合理厚度和厚度匹配、沥青路面结构的整体性以及各结构层模量匹配问题,这些是更为重要的因素,但是传统的沥青路面结构研究通常需要铺筑足尺试验路,相对于室内材料试验而言耗时费力,因此限制了沥青路面结构研究的开展。近年来,随着计算机技术的发展以及沥青路面材料研究的深入,采用有限元计算方法,建立沥青路面结构模型,利用计算机模