长海县旧水泥混凝土路面沥青罩面层结构研究

摘要

长海县地处海岛，受制于不利的海岛条件，目前服役的公路仍为水泥混凝土路面。在行车荷载和外界环境因素的反复作用下，水泥混凝土路面的使用性能逐渐衰变，采用在旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层的方法进行修复，能够有效利用旧水泥混凝土路面的剩余强度，改善路面的使用性能。
　　本研究主要内容包括：⑴对长海县的气候特点进行调查，结合相关公式将长海县定义为水稳、低温抗裂区，该区域沥青罩面层主要考虑抗水损坏和低温抗裂性能;通过调查发现该地区旧路的主要病害为板底脱空、错台以及面板裂缝。⑵利用有限元软件ABAQUS进行三维建模，分析了旧水泥混凝土路面板底脱空和错台对加铺结构的影响，并定性研究了罩面层结构内部和外部参数的变化及温度和荷载耦合作用对加铺结构的影响，为沥青罩面层的设计提供了参考性的指标。⑶在结合传统沥青混凝土罩面材料的研究和工程实践基础上，建议了一种新型罩面材料，微罩面是一种高聚物材料，具有良好的抗侵害性能和较长的使用寿命，利用ABAQUS有限元软件建立模型进行了数值模拟，并将响应结果与沥青罩面结构的结果进行了对比。⑷旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面结构容易产生反射裂缝，本文结合长海县的气候状况，基于断裂力学和有限元方法对车辆荷载和温度作用下沥青罩面层的裂缝应力强度因子进行分析，研究了沥青罩面层厚度、模量及降温幅度等参数变化对加铺层裂缝应力强度因子的影响，并采用广义Paris公式分析了沥青罩面层模量和厚度对疲劳寿命的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 旧水泥混凝土路面加铺方案

1．2．1 旧水泥混凝土路面加铺水泥混凝土罩面

1．2．2 旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土罩面

1．2．3 旧水泥混凝土路面先碎石化后加铺面层

1．3 沥青加铺层防治反射裂缝的措施

1．4 本文研究目的和主要内容

第2章 长海县路面使用状况调查

2．1 引言

2．2 长海县水泥混凝土路面工作环境

2．2．1 气温调查

2．2．2 降雨量调查

2．3 气候特点为依据的加铺层性能要求

2．3．1 环境因素对路面温度的影响

2．3．2 沥青加铺层设计温度的确定

2．3．3 温度和降雨量的综合影响

2．4 长海县水泥混凝土路面主要病害分析

2．4．1 板底脱空

2．4．2 板块错台

2．4．3 面板裂缝

2．5 本章小结

第3章 模型的建立

3．1 荷载的确定

3．1．1 接触形状的确定

3．1．2 动荷载加载方式

3．1．3 阻尼系数

3．2 材料参数的设置

3．2．1 沥青罩面层粘弹性材料参数的输入

3．2．2 土基弹塑性材料参数的输入

3．2．3 有限元模型建立在以下假设的基础上

3．3 本章小结

第4章 旧路病害和路面结构参数化分析

4．1 板底脱空

4．1．1 最不利位置脱空

4．1．2 脱空尺寸的影响

4．2 脱空高度对沥青罩面层的影响

4．3 参数变化对路面结构响应的影响

4．3．1 沥青罩面层模量的影响

4．3．2 沥青罩面层厚度对路面结构动响应的影响

4．3．3 超载对沥青路面结构响应的影响

4．3．4 车速对沥青路面结构动响应的影响

4．4 沥青罩面层温度应力分析

4．4．1 路面温度场基本计算理论

4．4．2 路面结构温度场计算

4．4．3 沥青罩面层温度场应力分析

4．4．4 温度应力和车辆荷载耦合作用下沥青罩面层的应力分析

4．5 本章小结

第5章 微罩面技术特点及力学分析

5．1 微罩面技术介绍

5．2 微罩面材料参数和施工技术

5．2．1 技术指标

5．2．2 施工技术

5．3 微罩面有限元分析

5．3．1 基本假设

5．3．2 路面结构层及材料参数

5．3．3 微罩面荷载应力结果分析

5．3．4 微罩面温度场

5．3．5 微罩面温度应力

5．4 本章小结

第6章 沥青罩面层应力强度因子分析和疲劳寿命预估

6．1 反射裂缝产生机理

6．2 裂纹尖端奇异场与应力强度因子

6．3 沥青罩面层计算参数对应力强度因子的影响

6．3．1 交通荷载的作用位置

6．3．2．沥青加铺层厚度对应力强度因子的影响

6．3．3 罩面层模量对应力强度因子的影响

6．3．4 降温幅度对应力强度因子的影响

6．3．5 荷载和温度耦合作用对应力强度因子的影响

6．4 路面疲劳寿命预测

6．4．1 荷载作用下反射裂缝疲劳寿命预估模型

6．4．2 沥青材料参数变化对疲劳寿命的影响

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

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