沥青混凝土路面车辙区力学性能研究

论文摘要

沥青混凝土路面以其优良的服务水平成为世界范围内主要的路面形式。由于路面直接与行车荷载及自然条件相接触,要求其具有足够的强度、刚度、稳定性、耐久性、表面平整度及表面抗滑性能。由于沥青混合料具有粘弹性,而且其感温性较强,在渠化交通的作用下,车辙成为高速沥青路面的最具危害的破坏形式之一,得到世界道路工作者的普遍关注。本文在参考大量的文献资料的基础上,分析了车辙的形成机理、分类及其影响因素。按照规范《JTGD50-2004沥青路面设计规范》选取辽宁省高速公路常用的半刚性路面结构作为分析的基本结构,利用国际通用大型有限元软件ANSYS建立沥青混凝土路面层状有限元模型,分别按照线弹性和非线性粘弹性沥青混合料的本构关系,针对不同的材料属性、厚度和荷载等情况,分析了结构面层不同深度处的应力和应变,得到了15℃和45℃温度条件下沥青混凝土路面车辙区的力学性能,分析了材料属性、厚度和荷载对流动型车辙和压密型车辙力学性能的影响,以达到减小路面车辙的目的。本文得到的数值计算的结果为沥青路面设计提供了理论参考。由于传统的弹性多层体系所设计的路面忽略了沥青混凝土的粘弹性,使得路面往往达不到预期的使用寿命,出现严重早期损坏现象—车辙,本文关于粘弹性计算为沥青路面结构的粘弹性设计奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状及发展动态
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 沥青混凝土路面结构特性及其车辙的形成机理
• 2.1 沥青混合料的组成结构
• 2.2 沥青混合料的路用性能
• 2.3 沥青混合料的粘弹性特性
• 2.4 沥青混合料的力学特性
• 2.5 车辙的形成机理
• 2.6 车辙的分类
• 2.7 车辙的影响因素
• 第3章 沥青混凝土路面的力学模型
• 3.1 沥青混凝土路面的力学模型
• 3.1.1 弹性地基和板
• 3.1.2 弹性半空间
• 3.1.3 弹性层状体系
• 3.1.4 粘弹性层状体系
• 3.2 有限单元法
• 3.3 弹性体沥青路面的材料本构关系
• 第4章 沥青混凝土路面线弹性模型的力学特性分析
• 4.1 沥青混凝土路面弯沉和应力的理论计算
• 4.1.1 路面结构层组合及材料参数的选择
• 4.1.2 路面弯沉和应力的计算
• 4.2 路面线弹性模型力学特性数值分析
• 4.2.1 ANSYS软件的介绍
• 4.2.2 沥青混凝土路面弹性模型假设
• 4.2.3 单元类型的选择
• 4.2.4 沥青混凝土路面有限元模型的建立
• 4.2.5 有限元单元网格的划分
• 4.3 路面结构的有限元数值分析
• 4.3.1 路面结构的弯沉与各结构层应力验算
• 4.3.2 路面结构层内力分析
• 4.4 数值计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 沥青混凝土路面粘弹性模型的力学特性分析
• 5.1 粘弹性模型的理论知识
• 5.1.1 Maxwell模型
• 5.1.2 广义麦克斯成尔模型
• 5.2 粘弹性数值计算的基础
• 5.2.1 屈服准则
• 5.2.2 沥青混凝土路面粘弹性模型假设
• 5.2.3 单元类型的选择
• 5.2.4 沥青混凝土路面有限元模型的建立
• 5.3 路面结构的有限元数值分析
• 5.3.1 路面结构层组合及材料参数的选择
• 5.3.2 实验数据的选取
• 5.3.3 计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢