重载汽车行驶下班吉-贝洛科路面稳定性研究

摘要

在撒哈拉沙漠以南的非洲地区特别是在中非共和国地区（CAR），道路的使用状况和使用寿命主要与以下两个因素密切相关：经济和交通。经济因素是指是道路建设在地区经济不发达的背景之下，并且缺乏维修养护措施。而交通因素是指设计的载重限制不被遵守，车辆总是超载，结果导致路面上的车辆轴重大于路面设计的最大轴载。这些问题不但使路面受到环境影响破坏的效果更加严重；而且还使路面过早的出现了疲劳开裂现象。因此，在此背景之下本文重点研究了在重载车辆荷载作用下柔性路面结构的稳定性问题。
　　对于路面在重型车辆荷载作用下的稳定性研究，本文选择沥青路面应力计算软件（BISAR）来进行分析，为了更好的确定轴载水平与路面性能之间的关系，对路面进行均匀布载，通过BISAR3.0软件计算承受均布荷载作用下柔性路面的应力、应变和位移，以此衡量路面功能上和结构上的性能的损失（包括功能上的和结构上的），并且评价材料和轮胎的压力对路面性能的影响。对此，首先进行气候变化和交通荷载的分析，气候变化分析包括降雨和温度变化的分析，交通荷载分析包括轮胎接触压力、车轮荷载、移动荷载、重复荷载和轴载组合，研究它们在不同的环境下，轴载与路面性能之间的关系。其次，进行柔性路面结构分析，包括环境和荷载对路面稳定性的影响，以此评估材料和轮胎压力对路面性能的影响。此外，本文主要在中非共和国（CAR）五个不同的气候区下进行了柔性路面结构力学响应和使用性能的研究。
　　在研究中得知柔性路面的使用性能和轴重之间的关系由路面所处的气候条件所决定，对于柔性路面结构设计，要充分考虑到当地的材料和施工技术。此外，文中应用广义四次幂定律来进行等量轴载换算（LEF）。轴载计算中涉及各种轴重组合，计算时采用标准的80kN单轴荷载（18000磅）和标准的151.2kN双轴荷载（34000磅）进行柔性路面结构设计。而且，通过对交通荷载的统计分析，文中对标准轴载进行了等量换算。最后，本文对中非地区的建筑材料和施工技术进行了深刻研究，同时开展了路面使用环境和交通荷载的综合分析，以便在此基础上建立一个适用于不同气候条件的柔性路面性能和材料评定标准。
　　针对垂向荷载对柔性路面的影响进行分析，得出垂向应力和应变对于垂向荷载非常敏感。在较厚的表面层里，垂向荷载增加24％会导致垂向应力和垂向应变分别增长6%和14%。而轮胎压力增长13%导致垂向应力和垂向应变分别增长7%和10%。这个现象与轮胎和路面的接触面积有关，且清楚地表明轮胎压力对垂向应力、应变有质的影响。120kN-1000kPa交通荷载相比于80kN-700kPa交通荷载的最高应力应变值（图4-1）和最低疲劳荷载周期都被显示出来。对于四种不同的交通荷载和相似的材料常数，相应的破坏时的疲劳荷载循环次数和模量比都被估计出来。交通荷载量最大时，即120kN-1000kPa，疲劳荷载循环次数最小。相对于其他交通荷载，这种荷载会导致更多破坏。模量比为10时，80kN-700kPa的交通荷载的疲劳寿命为5x106次，而1200kN-1000kPa交通荷载的疲劳寿命只有0.2x106次。疲劳寿命减少了87%，这清楚地反映了交通荷载提高的潜在伤害
　　基于BISAR3.0柔性路面结构的模拟，发现路面破坏经常发生在汽车轮胎作用的区域。这些破坏是由于正常荷载或者超负荷荷载引起的过大的垂向应力导致的。然而，我们注意到，即使没有交通荷载的影响，路面结构也会由于诸如降雨、显著的温度变化和地下水位的抬升等环境因素而降级。

目录

封面

英文摘要

中文摘要

目录

Chapter 1Introduction

1.1Background, Purpose and Significance

1.2Presentation of Study Object and its environment

1.3Methods,Main contents and scope of Research

1.4 Summary

Chapter 2Climate Variation and Traffic Loads Analysis

2.1 Introduction

2.2Analysis of climate variation

2.3Analysis of Traffic Loads

2.4 Conclusion

Chapter 3Flexible Pavement Structures analysis

3.1 Introduction

3.2Generalities on the Flexible Pavement

3.3Climate Effects on the Flexible Pavement Performance

3.4Loads Impacts on the Flexible Pavement Performance

3.5 Conclusion

Chapter 4Flexible Pavement Performance Analysis

4.1 Introduction

4.2Procedures and Results Description

4.3Calibration for Flexible Pavement Structure Performance

4.4 Conclusion

Conclusion

参考文献

声明

致谢