高速公路组合基层沥青路面结构力学性能及设计方法研究

摘要

在我国已建成的沥青高速公路中，绝大多数采用的是半刚性基层，由于半刚性基层抗裂性能差，导致新建的沥青路面在使用期内就产生放射性裂缝加速沥青面层的破坏，大大降低了沥青公路的使用年限。针对半刚性基层材料这一弊端，在半刚性基层沥青路面结构进行改扩建过程中，将开裂的半刚性基层铣刨换填大粒径沥青碎石作为上基层，对余下的完好半刚性基层不作处理，并作为下基层使用，形成组合基层。在相关路段进行试验取得较好的使用效果。
　　我国现行的沥青公路设计规范是以半刚性基层为研究对象而制定的，利用现有的设计方法对组合基层沥青路面结构进行设计有失严谨，因此需要针对组合结构沥青路面的特点，提出与之相适应的路面结构设计方法。本文将从以下几点进行研究:
　　1、研究大粒径基层沥青公路的基层抗裂性能。建立沥青路面结构有限元模型，将含半刚性基层与含大粒径基层的沥青公路的基层抗裂性能进行对比分析，计算出在相同荷载作用下，采用两种材料的基层应力和应力强度因子的大小，结果表明采用大粒径材料的沥青结构路面具有更好的抗裂性能。
　　2、研究组合基层沥青路面在车辆荷载作用下结构各层的应力应变分布规律。建立沥青路面结构有限元模型，计算在标准轴载、重载及超重载车辆作用下的拉应力、拉应变及剪应力，同时考虑底基层模量变化对面层应力分布的影响，分析总结组合基层沥青路面结构的受力特点。
　　3、研究适用于组合基层沥青路面结构的设计方法。在综合国内外学者的研究成果的基础之上，结合有限元软件建模分析结果和现场试验，提出了以沥青面层层底及大粒径基层层底拉应变为控制指标，以沥青面层剪力验算为验算指标，适用于组合基层沥青路面结构的设计方法。基于该方法，针对基层材料不同的参数、车辆轴载大小等情况给出了组合基层沥青路面基层的合理推荐厚度。
　　组合基层的研究成果不仅可以应用到沥青高速公路修缮工程中，还可以在新建沥青路面中加以运用，丰富我国沥青路面基层的结构组成，为工程设计人员提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．1．1 问题的提出

1．1．2 工程背景

1．1．3 研究意义

1．2 沥青公路基层材料特性

1．2．1 半刚性材料

1．2．2 大粒径沥青混合料

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 半刚性基层与大粒径基层的抗裂性能分析

2．1 工程背景

2．1．1 组合基层结构形式

2．1．2 组合基层基础当量回弹模量

2．2 沥青公路基层抗裂性能指标

2．3 有限元模型建立

2．4 含半刚性以及大粒径基层沥青公路抗裂性能分析

2．4．1 基层应力分析

2．4．2 基层应力强度因子分析

2．5 本章小结

第三章 组合基层沥青路面结构力学分析

3．1 交通量与轴载

3．1．1 交通量

3．1．2 交通轴载分析

3．2 路面结构力学模型

3．2．1 路面结构模型

3．2．2 路面结构模型材料参数及荷载

3．3 组合基层完好路面结构

3．3．1 拉应力沿路面厚度方向的变化规律

3．3．2 拉应变沿路面厚度方向的变化规律

3．3．3 剪应力沿路面厚度方向的变化规律

3．4 带裂缝组合基层路面结构

3．4．1 拉应力沿路面厚度方向的变化规律

3．4．2 拉应变沿路面厚度方向的变化规律

3．4．3 下基层模量衰减对拉应变的影响

3．4．4 剪应力沿路面厚度方向的变化规律

3．4．5 下基层模量衰减对剪应力的影响

3．5 本章小结

第四章 组合基层沥青路面结构设计方法研究

4．1 组合基层沥青路面破坏形式与设计指标

4．1．1 组合基层沥青路面破坏形式

4．1．2 设计指标选取原则

4．2 组合基层沥青路面设计指标与设计方法

4．2．1 设计指标

4．2．2 设计方法

4．3 厚度计算

4．3．1 沥青面层厚度对大粒径沥青层底拉应变的影响

4．3．2 大粒径沥青碎石模量对大粒径沥青层底拉应变的影响

4．3．3 大粒径沥青碎石层推荐厚度

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究内容和结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动与成果情况