基于交通调查和车辙预估的港口道路路面结构优化研究

摘要

随着经济的发展港口地区进出口货物量增加，导致港口地区疏港道路上运输货物的重载车辆数量迅速增加并且普遍存在超载超重情况，部分原有路面结构不能满足如此繁重的交通任务，导致疏港道路出现了大量的病害。青岛作为“一带一路”港口建设的重要环节，港口规模的扩大以及疏港道路运输网的建设都是至关重要的。因此有必要对疏港道路的交通特性、路面结构和路面病害特点进行调查分析，根据调查分析结果提出适合疏港道路的路面结构组合。 首先，本文针对疏港道路的交通特性和病害进行调查。调查发现疏港道路重载车辆占比在30%以上，重载车辆中超载车辆数占比在80%以上。重载车辆集中出行和超载超重问题导致道路上车辆速度普遍较低。疏港道路上下行方向车辆满载比也不仅相同。根据疏港路面病害调查结果发现疏港道路病害主要表现为车轮迹下的车辙现象。通过路面车辙原位钻芯取样调查分析发现疏港道路中上面层变形量较大。本文针对疏港道路交通特性和病害特点推荐了疏港道路路面结构。 其次，对原有路面结构使用的沥青混合料和针对疏港道路路面车辙而采用的高模量沥青混合料、大粒径透水沥青混合料进行动态模量试验、车辙试验和单轴贯入强度试验。通过试验得到沥青混合料的动态模量和相位角，分析高温条件下各沥青混合料的动态模量变化情况。高模量沥青混合料在高温条件下依然有较高的动态模量，表明其具有较好的高温性能和抗变形能力。车辙实验结果表明各沥青混合料随轮胎压强的增加动态稳定度降低而车辙变形量增加，说明超载对沥青混合料的动稳定度和车辙变形影响显著。高模量沥青混合料的动态稳定度降低幅度和车辙变形量增加幅度相对较低，说明其具有良好的动稳定度和抗车辙能力。通过单轴贯入强度分析各沥青混合料的抗剪强度，结果表明高模量沥青混合料抗剪强度明显提高。 再次，通过有限元计算分析推荐的疏港路面结构在常温和高温时不同轴载作用下的路面结构力学响应。从沥青层内垂直剪应力和剪应变角度分析证明推荐的疏港路面结构具有良好的抗车辙能力。从沥青层底横向拉应力和横向拉应变角度分析证明推荐的疏港路面结构具有良好的抗疲劳能力。 最后，对基于剪应力的车辙预估模型进行修正和标定。利用车辙预估模型计算推荐路面结构的车辙发展情况，结果表明推荐的路面结构中采用高模量沥青混合料可有效的提高路面高温抗车辙能力。通过疲劳寿命计算分析可知，大粒径透水性沥青混合料可有效提高沥青层的抗疲劳性能。最终，推荐出适用于重载交通的路面结构组合。

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摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1研究背景、意义和目的

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.1.3研究目的

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外路面结构研究现状

1.2.2国内外车辙预估模型研究现状

1.3主要研究内容

1.4技术路线

第2章 疏港道路交通特性调查分析

2.1疏港道路车型分类及轴载调查方法

2.1.1疏港道路车型分类

2.1.2疏港道路轴载调查方法

2.2疏港道路交通特性分析

2.2.1疏港道路车型分布调查

2.2.2疏港道路满载比调查

2.2.3疏港道路车速调查

2.3疏港道路车辆荷载调查

2.3.1 S1省道车辆荷载调查

2.3.2 G1国道车辆荷载调查

2.4疏港道路轴载谱分析

2.4.1等效轴载和轴载换算系数计算方法

2.4.2疏港道路轴载谱及等效轴载换算

2.4.3疏港道路当量轴载次数换算

2.4.4疏港道路重载交通界定

2.5本章小结

第3章 疏港道路病害调查和路面结构推荐

3.1疏港道路病害调查分析

3.1.1疏港道路病害调查

3.1.2疏港道路病害分析

3.2疏港道路车辙病害调查分析

3.2.1 S1省道和G1国道路面车辙调查

3.2.2 S1省道和G1国道沥青层芯样调查

3.3疏港道路路面结构推荐

3.4本章小结

第4章 沥青混合料抗车辙性能试验分析

4.1沥青混合料材料参数

4.1.1沥青和集料技术性质

4.1.2集料配合比和各组份体积指标

4.2沥青混合料动态模量试验及分析

4.2.1沥青混合料动态模量实验原理

4.2.2沥青混合料动态模量试验结果及主曲线

4.2.4沥青混合料高温性能分析

4.3沥青混合料抗车辙能力试验分析

4.3.1车辙实验方法

4.3.2车辙实验结果及分析

4.4沥青混合料抗剪强度试验分析

4.4.1单轴贯入强度实验方法

4.4.2单轴贯入强度实验结果及分析

4.5本章小结

第5章 推荐疏港路面结构的有限元计算分析

5.1路面结构有限元模型及参数设置

5.1.1路面结构模型

5.1.2路面车辆荷载加载方式

5.1.3车辆轮胎接地面形式

5.1.4路面结构力学参数

5.1.5路面结构层间粘结状态

5.2常温时疏港路面结构内力响应分析

5.2.1疏港路面结构内垂直剪应力和剪应变分析

5.2.2疏港路面结构沥青层底应力和应变分析

5.3高温时疏港路面结构内力响应分析

5.3.1疏港路面结构内垂直剪应力和剪应变分析

5.3.2疏港路面结构沥青层底应力和应变分析

5.4本章小结

第6章 推荐疏港路面结构的抗车辙性能分析

6.1疏港道路路面车辙预估模型

6.1.1基于剪应力的车辙预估模型

6.1.2 车辙预估模型的修正及标定方法

6.1.3车辙模型验证及修正

6.2推荐的疏港路面结构验证分析

6.2.1疏港路面结构车辙预估计算

6.2.2疏港路面结构疲劳寿命计算

6.3疏港路面结构推荐

6.4本章小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢