移动荷载作用下沥青路面结构分析

摘要

近年来，随着道路交通流量的增大和重载车辆的增多，以及高压轮胎的使用和交通流的渠化极易形成道路车辙。过早的车辙破坏已成为沥青路面的主要病害之一，特别是在城市公交港湾和交叉路口这一点表现的更为明显。本文主要通过理论分析、数值模拟和现场实测等手段，比较研究沥青路面结构在匀速和变速移动荷载作用下的受力和变形特点，对公交港湾和交叉路口处沥青路面结构产生的早期破坏给出合理解释。
　　 首先，通过分析弹性层状体系和有限元方法的基本理论，论证了ANSYS在路面结构分析的可行性，并建立了交通荷载模型。
　　 其次，以北京典型的路面结构为研究对象，讨论了有限元建模的边界条件、单元划分和参数选择，建立了三维力学计算模型，并对建立模型的有效性进行了检验。
　　 再次，以选定的路面结构为研究对象，分析研究了汽车匀速行驶状态下路面结构的受力特性及时程关系，得到了沥青路面面层结构变形的时间规律；针对沥青路面结构的面层和基层，分别选定不同的厚度和模量参数，计算其在匀速移动荷载作用下的力学响应，分析了不同的结构参数对于应力、车辙形成的影响，得出了匀速荷载应力和变形的时程特性及路面结构参数对减小路面变形的影响。
　　 最后，建立了变速移动荷载作用下的力学计算模型，对路面内应力与变形随车速的变化过程进行了计算模拟，得出了受力特性及时程关系；分析了匀减速荷载下路面结构参数的改变对模型内应力与变形的影响；对比研究了不同加速度及匀速和变速作用下的路面结构受力变形特性，并对数值计算结果与现场实测数据进行了对比分析。得出了变速荷载作用下的应力和变形时程特性及路面参数与车辆参数对路面结构破坏的影响，实测数据与在匀速行驶计算结果较为接近。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 论文研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容

第2章 沥青路面结构计算理论与荷载模型分析

2.1 计算理论概述

2.2 弹性层状体系空间问题基本方程

2.2.1 弹性理论基本假设

2.2.2 弹性理论空间问题的基本方程

2.3 有限元理论及分析方法

2.3.1 有限元方法的基本原理

2.3.2 有限元分析的基本方法

2.4 ANSYS在路面结构动力分析中应用的可行性

2.4.1 ANSYS在路面结构动力响应分析中的应用

2.4.2 ANSYS分析的一般流程

2.5 交通荷载模型的分析

2.6 本章小结

第3章 有限元建模和模型有效性检验

3.1 路面结构的确定

3.2 模型建立与边界条件确定

3.2.1 路基路面结构层材料计算参数的确定

3.2.2 模型单元类型的选取

3.2.3 边界条件的确定

3.3 车轮与路面接触印迹的确定

3.4 模型的有效性检验

3.5 本章小结

第4章 匀速移动荷载作用下路面结构分析

4.1 匀速荷载加载过程

4.2 匀速移动车载下沥青路面应力与变形状态的时程特性

4.2.1 匀速荷载作用下沥青路面结构应力的求解

4.2.2 匀速荷载作用下沥青路面结构变形的求解

4.3 结构参数对沥青路面应力变形的影响

4.3.1 面层模量对路面应力、变形的影响

4.3.2 面层厚度对路面应力、变形的影响

4.3.3 基层模量对路面应力、变形的影响

4.3.4 基层厚度对路面应力、变形的影响

4.4 本章小结

第5章 变速移动荷载作用下路面结构分析

5.1 变速荷载加载过程

5.2 汽车制动力的设定

5.2.1 汽车制动力

5.2.2 制动距离

5.3 变速移动车载下沥青路面应力与变形状态的时程特性

5.3.1 极限加速度下的路面结构应力和变形分析

5.3.2 变速荷载作用下沥青路面结构应力的求解

5.3.3 变速荷载作用下沥青路面结构变形的求解

5.4 结构参数对沥青路面应力变形的影响

5.4.1 面层模量对路面应力、变形的影响

5.4.2 面层厚度对路面应力、变形的影响

5.4.3 基层模量对路面应力、变形的影响

5.4.4 基层厚度对路面应力、变形的影响

5.5 不同加速度对路面应力、变形的影响

5.5.1 加速度的改变对应力的影响

5.5.2 加速度的改变对变形的影响（弯沉）

5.6 汽车匀速与变速过程中路面应力、变形的对比

5.6.1 匀速与变速应力对比分析

5.6.2 匀速与变速路面变形（弯沉）的对比分析

5.7 实例分析

5.7.1 测定方法及设备介绍

5.7.2 测定路面结构参数

5.7.3 数据对比分析

5.8 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢