重载车辆作用下长大上坡沥青路面力学行为研究

摘要

随着经济的发展,我国高速公路建设不仅仅局限于平原地区,穿越山区和高原的高速公路也正在蓬勃发展。受地形、地貌的影响,山区高速公路不可避免的会出现较多坡长较长、坡度较大的纵坡路段。车辆在上坡过程中,沥青路面承受着重载、低速和大水平力等恶劣条件的影响,使得长大纵坡路段很容易发生破坏。特别是在夏季高温季节,沥青混合料抗剪强度和模量等材料参数随着温度的升高而急剧劣化,使得沥青混合料在高温情况下抗剪能力不足而导致路面发生剪切流动变形,逐渐形成车辙,严重影响了路面的使用性能。另一方面,现阶段我国还未出台针对长大上坡路段的沥青路面设计方法,使得直接套用现行规范设计的长大上坡沥青路面忽略了其受力特点及环境因素的影响,不能较好的保证路面使用性能及使用寿命。因此,针对以上问题开展长大上坡沥青路面动力响应及路面设计方法的研究显得尤为必要。
　　本文利用Fortran语言编写了ABAQUS的用户子程序,建立了移动荷载作用下长大上坡沥青路面的动力响应模型;着重分析了坡度、入坡速度、车辆载荷以及温度等外界影响因素对长大上坡沥青路面动力响应的影响规律;分析了长大上坡沥青路面早期破坏的力学原因;对影响长大上坡沥青路面动力响应的四个主要因素进行了综合分析,得到了面层内部最大横向剪应变与四个因素之间的函数关系式;建立了包含坡度、速度、温度和车辆载荷等因素在内的长大上坡沥青路面车辙模型;建议将面层内部最大剪应力和面层材料抗剪强度作为长大上坡沥青路面设计控制指标,并建立了一套完整的长大上坡沥青路面设计方法。本文研究成果可为长大上坡沥青路面动力响应研究及现有沥青路面上坡路段的结构改造和新路面的结构设计提供参考。

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第一章 绪论

1.1 课题提出背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容、技术路线及意义

第二章 长大上坡沥青路面动力响应研究

2.1 ABAQUS有限元软件及子程序开发简介

2.2 有限元模型的建立

2.3 移动荷载的实现

2.4 长大上坡沥青路面动力响应评价指标的选择

2.5 长大上坡沥青路面动力响应规律

2.6 各动力响应参数分布规律

2.7 各因素对长大上坡沥青路面动力响应的影响

2.8 本章小结

第三章 长大上坡沥青路面车辙模型的建立

3.1 长大上坡沥青路面早期破坏力学原因

3.2 正交计算设计

3.3 面层内部最大横向剪应变的拟合分析

3.4 长大上坡沥青路面车辙模型的建立

3.5 本章小结

第四章 长大上坡沥青路面设计指标及设计方法研究

4.1 我国现行沥青路面设计控制指标评述

4.2 长大上坡沥青路面结构控制指标的确定

4.3 长大上坡沥青路面结构设计方法研究

4.4 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢