高速公路沥青路面结构环道试验研究

摘要

我国幅员辽阔，地理气候及交通条件具有丰富的多样性，对于沥青路面使用性能的要求也千差万别。但纵观我国目前沥青路面建设现状，90％以上高速公路采用了12～18cm沥青层的传统强基薄面半刚性基层沥青路面，路面结构存在明显的单一性。我国这种地理气候及交通条件的多样性与路面结构形式的单一性形成了强烈反差，显然是不尽合理的。 近年来，随着我国路面行车荷载大型化、重载化趋势愈发明显，传统薄沥青层的半刚性基层沥青路面在某些条件下逐渐显示出一些不足。引进国外长寿命沥青路面理念，根据当地情况尝试采用柔性基层结构，适当增加沥青层厚度，以提高我国高速公路沥青路面使用性能和寿命的呼吁愈发强烈。 本文利用重庆交通科研设计院的环道试验系统，对级配碎石柔性和沥青碎石柔性基层沥青路面结构、厚沥青层(27cm)的半刚性基层沥青路面结构共三种方案，分别在高温(50℃～60℃)和较低温度(12℃～13℃)下进行了沥青路面结构层永久变形特性和结构响应的大型足尺环道试验研究。 在环道试验中，通过位移计和断面仪，实测环道试验路面表面、路面各结构层和土基变形随荷载作用次数的变化，分析了沥青路面结构的永久变形规律；分析了水泥稳定碎石半刚性基层、级配碎石柔性基层和各沥青混凝土结构层变形对路面车辙的影响；检验了三种路面结构的抗车辙能力；结合环道试验成果，用有限元方法对环道试验路永久变形进行了数值模拟，并对野外现场路面进行了车辙预估。 通过室内足尺环道试验，实测了环道试验路路面的层底拉应变及弯沉随轮载作用次数变化的规律，分析了不同沥青路面结构的结构响应，并探讨了影响路面使用寿命的因素。 最后，还利用环道的温控系统和加载设备，将环境温度控制在20℃，通过对不同轮胎充气压力，不同荷载条件下轮胎接地面积的测量，分析了轮胎平均接地压力与轮胎充气压力和荷载的相关关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外沥青路面结构研究现状

1.2.2我国沥青路面结构研究现状

1.2.3国内外路面加速加载试验研究现状

1.3主要研究内容

第2章环道试验施工

2.1土基施工

2.1.1素土层施工

2.1.2灰土层施工

2.2基层施工

2.2.1级配碎石基层施工

2.2.2水泥稳定碎石基层施工

2.3沥青混合料结构层施工

2.3.1 LSM25沥青碎石基层施工

2.3.2 SUP25下面层施工

2.3.3 SUP20中面层施工

2.3.4 SMAl3上面层施工

2.3.5沥青路面各结构层厚度

第3章环道试验测试系统

3.1概述

3.2环道试验传感器

3.2.1沥青混凝土应变计

3.2.2位移计

3.2.3温度传感器

3.3数据采集系统

第四章沥青路面结构高温永久变形特性环道试验研究

4.1概述

4.2试验条件

4.2.1交通荷载条件

4.2.2温度条件

4.3环道试验路面车辙及永久变形测试方法

4.4 30万次加载环道试验测试及分析

4.4.1表面车辙及永久变形测试分析

4.4.2各结构层永久变形测试及分析

4.5 50万次加载环道试验测试及分析

4.5.1表面车辙及永久变形测试分析

4.5.2各结构层永久变形测试及分析

4.6 30万次与50万次加载对比分析

4.6.1车辙对比分析

4.6.2各结构层永久变形对比分析

4.7环道试验沥青混凝土层变形率分析

4.8小结

第5章沥青路面永久变形数值模拟及车辙预估

5.1概述

5.2有限元方法基本原理

5.2.1有限元技术

5.2.2 ANSYS结构基本原理

5.2.3路面材料性质

5.3环道试验及野外路面有限元数值模拟

5.3.1几何模型

5.3.2边界条件

5.3.3单元类型

5.3.4荷载模型

5.3.5材料性质及参数

5.3.6环道试验路面2D有限元数值模拟

5.3.6环道试验路面2D有限元数值模拟 5.3.6.1时间分级等荷载蠕变试验方法

5.3.6环道试验路面2D有限元数值模拟 5.3.6.2等时间多级荷载蠕变试验方法

5.3.6环道试验路面2D有限元数值模拟 5.3.6.3环道有限元模拟小结

5.3.7野外沥青路面2D有限元数值模拟

5.3.8 2D和3D有限元数值模拟比较

5.4小结

第6章沥青路面结构响应及疲劳特性环道试验研究

6.1概述

6.2试验条件

6.2.1交通荷载条件

6.2.2温度条件

6.3静态应变测试分析

6.4动态应变测试分析

6.5弯沉测试分析

6.6动态应变与行车速度关系分析

6.7应力应变分析

6.7.1多层弹性体系理论分析

6.7.2三维有限元数值分析

6.8应变实测值与理论值的对比分析

6.9小结

第7章不同荷载作用下轮胎接地压力试验研究

7.1环道轮胎接地面积测量

7.2环道轮胎平均接地压力分析

7.3小结

第8章结论及展望

8.1主要结论

8.2主要创新点

8.3建议及展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果