高寒地区沥青路面温度与荷载耦合动力行为

摘要

目前，沥青路面是我国高等级公路路面的主要结构形式，随着公路运输的重载化和高速化，沥青路面使用寿命严重不足，这已成为制约我国高速公路发展的难题。因此，针对不同类型沥青路面结构的动态力学行为展开研究，对探究路面结构损坏机理、优化路面结构组合，从而提高路面寿命具有重要的工程实际意义。本文以半刚性基层、柔性基层二种典型的沥青路面结构为研究对象，对沥青混合料的动态性能、沥青路面的温度行为及温度动载耦合作用下的沥青路面动力行为特征进行了较系统的研究，论文主要研究工作如下:
　　(1)通过对SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料开展单轴压缩动态模量试验，获得了不同温度和频率下的沥青混合料动态模量及相位角，并结合近似方法，拟合出松弛模量主曲线和时间-温度移位因子，在此基础上给出了沥青混合料的粘弹性参数，为后文的数值模拟提供了基于实测数据的材料参数。
　　(2)为研究高寒地区沥青路面结构温度行为，以ABAQUS软件为计算平台，结合正交试验方法及滞后衰减气温模型，进行了气象参数对沥青路面温度场影响及其参数敏感性分析，讨论了结构类型、结构层厚度及层间状态等因素对路面温度场及温度应力分布状况的影响，预测了沥青面层不同深度温度日变化。
　　(3)分别考虑定点冲击荷载特性和移动荷载特性，建立了沥青路面结构动力响应三维有限元模型，并以模拟的温度场数据作为沥青路面的温度分布状况，研究分析轴重、车速、层间状态及温度时段等对荷载作用下的路面动态响应的影响，并结合多元回归分析建立了其各结构层动态指标预估模型和疲劳寿命模型。
　　(4)对比冲击荷载与移动荷载作用下路面结构的动态响应，分析不同荷载模型对响应结果的影响及其合理性，为进一步提出可靠的荷载数学模型做出具有参考性的探索工作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 沥青路面温度行为研究现状

1．2．2 沥青路面动力响应研究现状

1．3 研究内容及技术路线

第2章 计算基本理论与模型参数

2．1 有限元软件介绍

2．2 沥青路面数值模拟分析基础

2．2．1 道路材料本构关系

2．2．2 层间接触条件

2．2．3 荷载模型

2．2．4 粘弹性人工边界

2．2．5 阻尼条件

2．3 传热学理论

2．3．1 热传导

2．3．2 热对流

2．3．3 热辐射

2．3．4 周期性变温条件下路面温度场边界形式

2．4 本章小结

第3章 高寒地区沥青路面温度行为

3．1 计算参数与模型

3．1．1 气象参数

3．1．2 路面结构和材料参数

3．1．3 计算模型

3．2 气象参数敏感性分析

3．3 温度场及温度应力分析

3．3．1 温度场分析

3．3．2 温度应力分析

3．3．3 结构组合形式对温度行为的影响

3．3．4 层间结合状态对温度行为的影响

3．4 沥青面层温度日变化预测

3．5 本章小结

第4章 基于温度与冲击荷载耦合的路面动力响应分析

4．1 路面结构实际温度场分布

4．2 路面三维动载有限元模型

4．2．1 材料参数

4．2．2 荷载参数

4．2．3 计算模型

4．3 冲击荷载作用下的动力响应分析

4．3．1 荷载参数变化对路面结构动力响应的影响

4．3．2 层间接触状况对路面结构动力响应的影响

4．4 沥青路面疲劳寿命分析

4．5 沥青路面性能关键影响因素及其影响规律

4．5．1 影响因素灰关联分析

4．5．2 关键因素影响规律

4．5．3 关键因素影响模型

4．6 本章小结

第5章 基于温度与移动荷载耦合的路面动力响应分析

5．1 路面结构实际温度场分布

5．2 路面三维动载有限元模型

5．2．1 材料参数

5．2．2 荷载模型

5．2．3 计算模型

5．3 移动荷载作用下的动力响应分析

5．3．1 荷载参数变化对路面结构动力响应的影响

5．3．2 层间接触状况对路面结构动力响应的影响

5．4 沥青路面疲劳寿命分析

5．5 沥青混合料疲劳性能关键影响因素及其影响规律

5．5．1 影响因素灰关联分析

5．5．2 关键因素影响规律

5．5．3 关键因素影响模型

5．6 本章小结

第6章 冲击荷载与移动荷载的路面动力响应对比分析

6．1 不同荷载模型作用下动力响应的对比分析

6．2 不同荷载模型作用下沥青路面疲劳寿命的对比分析

6．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果