高寒地区沥青稳定碎石基层柔性路面适应性研究

论文摘要

进入20世纪80年代以来，随着交通量的快速增长，半刚性基层沥青路面成为我国路面结构的主要形式。半刚性基层材料虽具有强度高、板体性强等优点，但是，大量的研究和工程实践表明，除了设计和施工等原因外，半刚性基层有其自身的局限性。本文在借鉴国内外相关研究成果的基础上，结合内蒙古呼伦贝尔地区特殊的气候条件，分析了沥青稳定碎石基层沥青路面结构在高寒地区的适应性。所作主要工作和取得韵成果如下： 1 根据沥青路面基层性能要求，参照国内外沥青稳定碎石基层混合料的级配范围，针对3种典型级配的混合料，应用分形理论分析了级配走向与分形维数的关系。研究表明，分形维数与2.36筛孔通过率、集料间隙率线性相关。 2 采用单轴压缩进行了沥青稳定碎石基层混合料高温稳定性试验，根据相关评价指标分析了级配走向对其抗永久变形能力的影响；采用弯曲试验、弯曲蠕变试验和低温劈裂试验进行了低温抗裂性检测；采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验进行了水稳定性检验。在级配范围内偏上限的混合料具有良好的高温稳定性与低温抗裂性，近中值的混合料水稳定性较好。经验证，沥青稳定碎石混合料抗高温变形和低温抗裂性能与分形维数有良好的相关性。 3 确定轮胎的接地形状和压力分布以及荷载作用形式，考虑路面结构层间接触条件，利用通用有限元程序分析了沥青稳定碎石基层沥青路面在半正弦波动态荷载作用下的力学响应。结果显示，设置沥青稳定碎石基层路面能够改善半刚性材料层受力状态。 4 根据内蒙古呼伦贝尔地区的典型气候条件，应用数值分析的方法，建立了路面结构温度场，进一步分析了沥青稳定碎石基层沥青路面温度应力。分析得出，设置沥青稳定碎石基层路面能够改善半刚性材料层温度状况以及层底温度应力。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 沥青稳定基层路面结构的应用情况
• 1.2.2 公路沥青路面结构的分析方法
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 ATB混合料级配试验研究
• 2.1 原材料的选择及性能检测
• 2.1.1 材料选择的依据
• 2.1.2 原材料性能检测
• 2.2 ATB混合料级配组成设计
• 2.2.1 级配类型的选择
• 2.2.2 ATB25矿质混合料级配组成
• 2.2.3 最佳油石比的确定
• 2.3 ATB级配组成分析
• 2.3.1 集料分布的分形理论
• 2.3.2 级配分析
• 2.4 抗永久变形性能检验
• 2.4.1 试验方法
• 2.4.2 试验条件
• 2.4.3 试验结果
• 2.4.4 试验结果分析
• 2.5 水稳定性检验
• 2.5.1 浸水马歇尔试验
• 2.5.2 冻融劈裂试验
• 2.6 小结
• 3 ATB混合料低温力学特性分析
• 3.1 试验方法的选择
• 3.2 ATB沥青混合料低温性能试验
• 3.2.1 试件尺寸
• 3.2.2 低温简单弯曲试验
• 3.2.3 低温弯曲蠕变试验
• 3.2.4 低温劈裂试验
• 3.3 小结
• 4 ATB与半刚性基层路面受力对比分析
• 4.1 结构分析模型
• 4.2 沥青稳定碎石基层模量的影响
• 4.3 沥青稳定碎石基层厚度的影响
• 4.4 沥青稳定碎石基层模量和厚度的综合影响
• 4.5 小结
• 5 动荷载作用下ATB路面结构力学响应分析
• 5.1 概述
• 5.2 动力学基本原理
• 5.2.1 动力学基本方程
• 5.2.2 动力学方程系数矩阵
• 5.2.3 荷载步、子步、时间步
• 5.3 动力荷载模型
• 5.3.1 动力荷载的分类
• 5.3.2 轮胎接地压力分布特性
• 5.4 动荷载作用下路面结构力学响应分析
• 5.4.1 几何尺寸
• 5.4.2 路面结构有限元模型
• 5.4.3 层间接触条件
• 5.4.4 边界条件
• 5.4.5 加载
• 5.5 力学响应结果分析
• 5.5.1 路表弯沉分析
• 5.5.2 层底拉（压）应力分析
• 5.5.3 层间接触条件对层底拉应力影响
• 5.5.4 路面力学响应时间历程
• 5.6 小结
• 6 ATB路面结构温度应力分析
• 6.1 概述
• 6.1.1 统计分析方法
• 6.1.2 理论分析法
• 6.2 路表复合传热机理分析
• 6.2.1 对流换热
• 6.2.2 路表有效辐射
• 6.3 道路结构温度场的数学模型
• 6.3.1 基本假定
• 6.3.2 热传导方程
• 6.3.3 层间接触条件
• 6.3.4 边界条件
• 6.3.5 路表温度
• 6.4 计算模型与温度场
• 6.4.1 材料参数
• 6.4.2 持续降温条件下路面温度场
• 6.5 温度应力分析
• 6.5.1 温度应力分析结果
• 6.5.2 结果分析
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 研究展望
• 路面力学响应云图附图
• 参考文献
• 详细摘要