内蒙古重载交通高等级公路沥青路面结构研究

摘要

随着国民经济的发展，内蒙古地区作为能源输出地，境内公路干线重载现象越来越严重。现行沥青路面设计规范以常规荷载作为设计荷载，以此设计的路面结构其使用性能和寿命难以满足重载车辆的行驶需求。因此，需要研究出与实际交通状况相适应的路面结构设计方法。论文以实体工程为依托，分析了重载交通作用下货车轴载分布、荷载作用图示和路面病害形式;通过室内试验研究了重载交通作用下路面结构层材料设计参数;采用有限元方法研究了重载交通作用下沥青路面力学特性;研究了重载交通作用下沥青路面的轴载换算;提出了适合重载交通的沥青路面结构组合及设计方法。
　　本文首先分析了重载交通作用下货车轴载分布、荷载作用图示和路面病害形式。论文分析了内蒙古境内及周边地区典型货运公路的交通组成和货车轴载资料，得到了重载货车轴载谱;实测分析了货车载重轴轮胎接地压强和面积，得到了适用于重载货车的荷载作用图示;实地调研分析了重载交通作用下110国道路面病害形式和成因。其次，研究了重载交通作用下路面结构层材料设计参数。论文通过室内试验分析了沥青混合料和半刚性基层材料受力特性，得到了结构层材料应力—应变曲线、沥青混合料动态模量主曲线，并得出了重载交通作用下沥青混合料和半刚性基层材料动静态模量取值范围，为路面结构力学分析提供了材料参数。再次，研究了重载交通作用下沥青路面力学特性。论文利用有限元软件ABAQUS分析了沥青路面结构在不同荷载作用下的三维空间力学响应;分析了重载交通作用下不同基层（柔性基层、半刚性基层、刚性基层）沥青路面结构的力学响应;分析了重载交通作用下纵坡对沥青路面结构力学响应的影响，指出了纵坡路段病害产生的原因，并根据纵坡路段路面结构受力特点对沥青层疲劳预估模型和沥青层永久变形预估模型进行了修正。运用沥青路面疲劳预估模型、沥青层永久变形预估模型、基层疲劳预估模型、路基顶面压应变预估模型分析了现有110国道路面结构，指出了现有路面结构的不足。然后，研究了重载交通作用下沥青路面的轴载换算。论文在力学分析的基础上，根据等效原则和相应的预估模型推导出重载交通作用下基于疲劳等效、沥青层永久变形等效、路基项面压应变等效的轴载换算公式。最后，提出了适合重载交通的沥青路面结构组合方案和设计方法。论文在对路面病害、重载车辆轴重分布、荷载图示、路面受力分析、轴载换算及材料参数等综合研究的基础上，推荐了重载交通沥青路面结构组合方案，初步提出了适用于重载交通的沥青路面结构多指标设计方法，并结合具体算例分析论证了论文方法在重载交通沥青路面结构设计中的合理性与适用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究内容及技术路线

第二章 内蒙古地区重载交通特征与路面病害分析

2．1 重载交通的界定

2．1．1 规范中交通等级的划分

2．1．2 重载车辆与重载交通

2．2 110国道交通构成分析

2．2．1 兵州亥收费站交通资料分析

2．2．2 110国道交通量现场调研

2．3 重载交通货车轴载谱分析

2．3．1 轴载谱及特征值

2．3．2 典型重载货运公路轴载水平分析

2．3．3 110国道货车标准轴次换算分析

2．4 重载交通货车轮胎荷载作用图示研究

2．4．1 荷载图示的确定

2．4．2 轴载与轮胎接地压强关系的确定

2．5 110国道路面病害分析

2．5．1 路面结构形式

2．5．2 常见路面破坏形式

2．5．3 110国道路面病害分析

2．6 本章小结

第三章 重载交通沥青路面结构层材料设计参数研究

3．1 重载交通作用下面层材料设计参数研究

3．1．1 沥青混合料原材料试验与最佳油石比确定

3．1．2 沥青混合料静态抗压回弹模量研究

3．1．3 沥青混合料动态模量研究

3．2 重载交通作用下半刚性基层材料设计参数研究

3．2．1 水泥稳定碎石原材料组成及试件制作

3．2．2 水泥稳定碎石抗压回弹模量研究

3．2．3 水泥稳定碎石动态模量研究

3．3 本章小结

第四章 重载交通沥青路面力学特性研究

4．1 沥青路面结构设计方法

4．2 有限元分析方法

4．2．1 有限元法求解基本步骤

4．2．2 有限元软件ABAQUS简介

4．3 路面结构力学模型

4．3．1 基本假设

4．3．2 路面结构模型参数

4．3．3 单元划分及边界条件

4．3．4 荷载作用图示

4．4 重载交通作用下沥青路面结构力学响应分析

4．4．1 各结构层拉应变分析

4．4．2 各结构层拉应力分析

4．4．3 各结构层竖向应力分析

4．4．4 各结构层剪应力分析

4．5 纵坡路段路面结构受力分析

4．5．1 纵坡路段轮胎荷载作用图示

4．5．2 纵坡对沥青路面结构力学响应影响分析

4．5．3 纵坡路段沥青路面疲劳开裂预估模型和车辙预估模型

4．6 三种不同基层沥青路面结构力学特性对比

4．7 110国道路面结构使用性能分析

4．8 本章小结

第五章 重载交通沥青路面轴载换算研究

5．1 等效原则

5．2 轴载换算研究

5．2．1 基于弯沉等效的轴载换算

5．2．2 基于疲劳等效的轴载换算

5．2．3 基于车辙等效的轴载换算

5．2．4 基于路基顶面压应变等效的轴载换算

5．3 本章小结

第六章 重载交通沥青路面推荐结构及设计方法

6．1 内蒙古重载交通高等级公路沥青路面推荐结构

6．2 重载交通沥青路面设计方法

6．2．1 路面设计指标的选取

6．2．2 交通参数的确定

6．2．3 路面结构组合设计

6．3 设计实例

6．3．1 规范方法

6．3．2 论文方法

6．3．3 两种方法对比

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 进一步研究的展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与项目情况