基于层位功能的组合式基层沥青路面结构及其混合料设计研究

摘要

对于路面设计，沥青路面的使用性能有着十分重要的作用，沥青路面的使用性能不仅是设计路面结构的根本，同时也是用来进行经济分析以及优化设计的重要指标。根据此以降低沥青路面在早期出现破坏着手，按照沥青路面层位功能分工，对道路面层材料的选用进行比较和合理优化，并改变路面设计出现厚度与组合结构的问题，以达到延长路面使用寿命，同时使工程建设费用经济性指标达到最优。
　　首先，通过对路面主要发生的破坏进行分析然后通过ANSYS有限元模拟路面结构，分析得出沥青路面在5cm处受到剪应力最大，同时根据车辙形成机理可以得出路面面层为主要起抗车辙作用，在不同工况下对路面下面层进行分析可知沥青路面下面层主要起抗疲劳作用。
　　其次，对路面结构层进行组合优化，通过对组合式基层路面在不同厚度下各层进行有限元分析，提出组合式基层沥青路面结构层厚度设计与模量要求;通过对比半刚性基层与组合式基层可以发现使用组合式基层时其水泥稳定碎石层底拉应力较半刚性基层层底拉应力能够有明显的降低效果，说明这一种组合式基层对于因半刚性基层路面出现的反射裂缝现象具有明显的结构与受力特点。
　　再次，根据水泥稳定碎石层层位功能依据根据无侧限抗压强度、劈裂强度、最大干缩应变三个指标综合设计水泥稳定碎石基层的抗裂性能;分析设计并参照国内外规范级配曲线，采用体积设计法进行分析研究，同时研究4.75mm和0.075mm筛孔通过率与干密度、CBR值之间的关系。对沥青稳定碎石基层疲劳寿命指标分析得出采用superpave法设计出的沥青稳定碎石基层其性能最好，设计混合料采用粒径小，细集料多且压实效果好的混合料，能够设计出较好的抗疲劳性能。根据对车辙层分析发现其剪应过大的问题提出以抗剪强度指标来设计沥青混合料，通过分析车辙试验与抗剪强度的关系，得出具有很大的相关性，可以得出对于组合式基层沥青路面下面层设计可以以抗剪强度进行设计。
　　最后，根据试验路铺筑情况可知，对于设计的组合式基层能够满足路用性能要求，同时对比半刚性基层可以发现其对路面产生裂缝问题能够产生极大的改善，因此组合式基层具有一定的应用价值。通过对采用半刚性基层与组合式基层进行经济社会效益分析对于后期的养护来说，组合式基层具有明显的优势，不仅能带来经济效益，同时也具有重大的社会效益。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 组合式基层研究概况

1．2．1 组合式基层优点

1．2．2 国内外研究概况

1．4 本文研究内容与技术路线

1．4．1 本文研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 沥青路面破坏机理分析及路面结构层位功能研究

2．1 沥青路面主要破坏分析

2．1．1 裂缝

2．1．2 车辙

2．2 路面结构层位功能研究

2．2．1 建立ANSYS有限元分析模型

2．2．2 基本假定

2．2．3 建立有限元分析模型

2．3 沥青路面抗车辙层分析

2．3．1 不同厚度下路面剪应力分析

2．3．2 沥青路面车辙区的确定

2．4 沥青路面抗疲劳层

2．4．1 路面面层正应力分类

2．4．2 计算沥青面层正应力

2．4．3 分析沥青路面面层拉应力

2．4．3 沥青路面抗疲劳层确定

2．5 本章小结

第三章 组合式基层沥青面层结构组合优化研究

3．1 ANSYS有限元分析路面剪应力

3．1．1 不同厚度的沥青层

3．1．2 不同厚度的沥青稳定碎石层

3．1．3 不同厚度的级配碎石层

3．1．4 不同模量的级配碎石层

3．1．5 水泥稳定碎石层厚度对剪应力影响作用

3．2 对比分析半刚性基层与组合式基层

3．3 本章小结

第四章 组合式基层沥青路面结构与材料一体化设计研究

4．1 组合式基层路面水泥稳定碎石基层功能分析

4．1．1 确定水泥稳定碎石层功能

4．1．2 水泥稳定碎石层抗裂性能指标分析

4．2 组合式基层级配碎石过渡层功能分析

4．2．1 确定级配碎石层功能

4．2．2 组合式基层级配碎石层设计

4．2．3 级配碎石级配设计

4．2．3 最佳含水量与最大干密度

4．2．5 加州承载比CBR

4．3 组合式基层沥青稳定碎石层功能分析

4．3．1 确定组合式基层沥青稳定碎石层功能

4．3．2 沥青稳定碎石层指标分析

4．4 沥青路面下面层功能分析

4．4．1 确定组合式基层路面下面层功能

4．4．2 组合式基层路面下面层抗车辙指标分析

4．5 路面结构材料一体化设计步骤及设计标准

4．6 本章小结

第五章 试验路验证

5．1 试验路概况

5．2 路面结构组成材料设计

5．2．1 路面结构组成

5．2．2 试验路材料设计

5．2．3 试验路铺筑与检验

5．3 试验检测结果对比分析

5．4 经济效益分析

5．5 社会效益分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果