半刚性基层长寿命路面力学响应的现场测试与分析

摘要

改革开放以来,我国公路交通迅速发展的同时,也暴露出了使用寿命严重不足的问题。由于道路结构内部和外部环境的复杂性,引起路面结构早期损害、使用寿命不足的原因较多,现有的路面结构设计体系无法真实的反映道路结构在行驶车辆荷载作用下的受力状况是其中较为重要的原因之一。
　　通过很多学者的大量试验和研究表明,路面结构在移动车辆荷载的作用下,造成非常严重的损伤和破坏。研究路面结构在移动荷载作用下的力学响应状况是很有意义的。由于道路结构内部的复杂性,沥青路面的动态力学响应也受到诸多因素的影响。本文从现场测试和理论研究分析两方面对半刚性基层长寿命沥青路面在移动荷载下的动态力学响应进行了研究分析。
　　为了能够获得实际车辆荷载作用下路面结构内部的力学响应,本文以天津G112国道工程为依托,结合国外的长寿命路面和我国半刚性基层沥青路面的设计经验,设计四种不同的路面结构形式,在沥青层和半刚性基层埋入应变传感器测量设备,通过不同的车辆荷载的作用,实现路面结构内部应变的测量,对半刚性基层沥青路面的结构性能和组合设计具有较大的参考价值。
　　掌握了沥青路面在实际车辆荷载作用下真实的力学响应规律,才能进一步对路面结构行为进行研究。由于层状弹性体系的求解需要用到复杂的数学和力学知识,限制了该模型在实际工程中的广泛应用。但随着计算机技术和有限元技术的快速发展,适用于各种实际工程的有限元分析软件相继涌现并不断完善,为层状弹性体系理论简便、快捷的应用创造了有利条件。本文选用 ABAQUS有限元分析软件,根据层状弹性体系假设,现场实测应变传感器数据,各层材料参数,建立各个试验段的三维有限元分析模型,分析在不同工况如不同轴载类型、不同车速等条件下的半刚性基层长寿命沥青路面结构内部的应力应变分布特点和时程变化。
　　通过比较各试验段半刚性基层长寿命路面在移动荷载作用下的实测数据和模拟分析结果,总结沥青路面在移动荷载下的动态力学响应特点。通过本文的研究,力求找到在移动荷载作用下半刚性基层长寿命路面各层层底的应力应变的变化规律和特点,为以后长寿命路面动态性能的进一步研究提供重要的参考价值。

目录

半刚性基层长寿命路面力学响应的 现场测试与分析

FIELD TEST AND ANALYSIS ON MECHANICAL RESPONSE OF SEMI-RIGID BASE OF LONG-LIFE ASPHALT PAVEMENT

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 长寿命路面研究现状

1.2.2 沥青路面动力学的研究现状

1.2.3 沥青路面应力应变的现场测试

1.3 论文的主要研究内容

第2章 测量方案设计及实施

2.1 试验路概况

2.1.1 设计概况

2.1.2 试验路段的路面结构形式

2.2 长寿命路面控制指标

2.2.1 国外长寿命路面控制指标

2.2.2 半刚性基层控制指标

2.3 传感器布置方案设计

2.3.1 路基顶面压力盒布置方案

2.3.2 应变传感器布置方案

2.4 试验路段的现场试验

2.4.1 贝克曼梁测定路基路面弯沉

2.4.2 承载板测定各层顶面回弹模量

2.5 本章小结

第3章 现场测试与数据分析

3.1 现场测试内容

3.2 轮胎接地面积的测量

3.3 试验路应变响应测试结果

3.3.1 现场测试方案

3.3.2 测试结果的重现性分析

3.3.3 实测应变与车速的关系分析

3.3.4 实测应变与轴重的关系分析

3.4 土基顶面压应力测试分析

3.4.1 试验方案

3.4.2 测试结果分析

3.5 本章小结

第4章 移动荷载作用下的应力应变响应分析

4.1 移动荷载作用下沥青路面的三维有限元模型

4.1.1 沥青路面力学模型和设计标准

4.1.2 沥青路面在移动荷载作用下的有限元动力方程

4.1.3 有限元软件选择与简介

4.1.4 沥青路面的ABAQUS有限元模型

4.1.5 有限元模型的边界条件的确定

4.1.6 轮胎与路表接触面积的确定

4.1.7 移动荷载的施加

4.1.8 沥青路面有限元模型的验证

4.2 半刚性基层沥青路面在移动荷载作用下的有限元分析

4.3 半刚性基层沥青路面各结构层层底弯拉应变的响应分析

4.3.1 不同轴重下层底应变的响应分析

4.3.2 不同车速下层底应变的响应分析

4.4 路基顶面压应变的响应分析

4.4.1 不同轴重下压应变的响应分析

4.4.2 不同车速下压应变的响应分析

4.5 本章小结

结 论

附录A 不同轴重下结构层底应变的响应分析

A.1 单后轴移动荷载在模量组合1下的应变响应分析

A.2 单后轴移动荷载在模量组合2下的应变响应分析

A.3 双后轴移动荷载在模量组合1下的应变响应分析

A.4 双后轴移动荷载在模量组合2下的应变响应分析

附录B 不同车速下结构层底应变的响应分析

B.1 单后轴移动荷载在模量组合1下的应变响应分析

B.2 单后轴移动荷载在模量组合2下的应变响应分析

B.3 双后轴移动荷载在模量组合1下的应变响应分析

B.4 双后轴移动荷载在模量组合2下的应变响应分析

附录C 不同轴重下路基顶压应力的响应分析

C.1 单后轴移动荷载在模量组合1下的应力响应分析

C.2 单后轴移动荷载在模量组合2下的应力响应分析

C.3 双后轴移动荷载在模量组合1下的应力响应分析

C.4 双后轴移动荷载在模量组合2下的应力响应分析

附录D 不同车速下路基顶压应力的响应分析

D.1 单后轴移动荷载在模量组合1下的应力响应分析

D.2 单后轴移动荷载在模量组合2下的应力响应分析

D.3 双后轴移动荷载在模量组合1下的应力响应分析

D.4 双后轴移动荷载在模量组合2下的应力响应分析

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢