重轴载条件下沥青路面轴载换算研究

摘要

近年来随着我国国民经济的迅速发展，对交通运输的需求日益提高。与此同时，道路交通状况正发生着巨大的变化，高等级公路上交通量普遍较大，重型车辆不仅数量上有较快增长，而且车辆载重增大、轴载质量也越来越大以及普遍的车辆超载、车辆行驶的渠道化，使沥青混凝土路面在重载交通作用下的损坏问题迅速激化。这种情况就对沥青路面的设计过程中的轴载换算提出了新的要求。
　　 本文针对重载交通状况，调查了沥青路面在重轴载交通条件下的沥青路面的使用性能，并分析了重轴载交通条件下沥青路面的常见病害。运用有限元分析软件ABAQUS，定量分析了重轴载对沥青路面弯沉，基层层底拉应力及路基顶面压应变的影响，从而论证了重轴载交通对沥青路面的巨大破坏作用。选用不同的沥青路面结构类型，根据弯沉等效轴载换算原则，拉应力等效轴载换算原则，以及路基顶面压应变等效轴载换算原则，分别对半刚性基层沥青路面，组合式沥青路面以及柔性基层沥青路面的轴载换算进行研究。
　　 本文从分析一些沥青路面常见病害的病因入手，并通过对路面使用性能的调查，分析得出重轴载交通是造成沥青路面损坏的主要因素之一。在此基础上，分析了目前国内外的一些荷载图式，并确定本文采用的荷载图式为I图式，并借鉴了比利时轴载与接地面积的关系，计算得到不同轴载情况的轮胎接地面积以及接地压强，随后采用有限元分析软件ABAQUS模拟沥青路面在各级轴载作用下的力学响应，从而定量分析了重轴载条件对沥青路面的弯沉、应力等的影响，再次说明了重轴载条件下的轴载换算是有必要的。最后模拟计算出了各级轴载条件下不同路面结构形式的轴载换算系数。对于半刚性基层沥青路面，组合式沥青路面以及柔性基层沥青路面按照层底拉应力等效轴载换算原则得到的轴载换算系数b值是比较接近的约为0.986，则换算指数n为8.96，与规范中对重轴载的换算指数建议值9吻合。按照弯沉等效轴载换算原则得到的三种不同类型的路面结构的换算系数有较大差异，半刚性基层沥青路面的b值为0.9666，n值为4.83，组合式沥青路面的b值为0.9437，n值为4.82，而柔性基层沥青路面的b值为0.9195，n值为4.6。按照路基顶面压应变等效轴载换算原则得到的三种不同类型的路面结构的换算系数均较为接近，b值约为1，n值为5。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的提出和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 拟采取的研究方法、技术路线

第2章 沥青路面使用性能调查

2.1 沥青路面损坏模式

2.1.1 裂缝

2.1.2 变形

2.1.3 表面损坏

2.1.4 其他损坏

2.2． 路面损坏的形成原因

2.2.1 路面变形

2.2.2 路面早期水损害

2.3 沥青路面使用性能调查

2.3.1 检测结果

2.3.2 病害原因总体分析

2.4 重轴载在沥青路面早期破坏中的影响

2.5 本章小结

第3章 重轴载交通荷载图式研究及重轴载的界定

3.1 荷载图式

3.1.1 荷载图式的确定

3.1.2 重载车辆接地面积及压强计算

3.1.3 轮载与接地面积

3.2 标准轴载的确定

第4章 路面分析基本理论及ABAQUS软件的应用

4.1 路面分析基本理论

4.1.1 有限单元法分析过程的概述

4.2 ABAQUS有限元软件简介

4.2.1 ABAQUS主要模块

4.2.2 ABAQUS分析模型

4.3 计算模型的建立

4.3.1 弹性层状理论基本假设

4.3.2 模型尺寸及荷载

第5章 重轴载沥青路面轴载换算方法的研究

5.1 轴载换算的换算准则

5.1.1 轴载换算方法的基本原则

5.1.2 轴载换算基本原理

5.2 半刚性基层沥青路面轴载换算

5.2.1 按弯沉等效原则的半刚性沥青路面换算系数的分析

5.2.2 按基层层底拉应力等效原则的半刚性沥青路面换算系数分析

5.2.3 底基层层底拉应力等效原则的半刚性沥青路面换算系数分析

5.2.4 按路基顶面压应变等效原则的半刚性沥青路面换算系数分析

5.3 组合式沥青路面轴载换算

5.3.1 按弯沉等效原则的组合式沥青路面换算系数的分析

5.3.2 底基层层底拉应力等效原则的组合式沥青路面换算系数分析

5.3.3 按基顶压应变等效原则的组合式沥青路面换算系数分析

5.4 柔性基层沥青路面轴载换算

5.4.1 弯沉等效原则的柔性基层沥青路面换算系数的分析

5.4.2 底基层层底拉应力等效原则的柔性基层沥青路面换算系数分析

5.4.3 按基顶压应变等效原则的柔性基层沥青路面换算系数分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文