基于影响因素非线性特性的沥青路面永久变形预估研究

论文摘要

沥青混合料具有温度敏感性,在高温下经过车辆荷载的碾压容易产生黏塑性变形,因此研究高温下的沥青路面永久变形有着实际的工程意义。道路实际使用过程中路表温度状态是沥青路面材料永久变形的主导性因素,因此应该首先从研究沥青路面结构温度入手。本文首先以气象资料为基础,拟合得到随时间变化非线性分布的气温和太阳辐射强度资料,然后以沥青路面温度场预估模型为基础拟合得到随时间变化非线性分布的路表温度数据,并与随时间变化的非线性分布交通量对应得到各温度区间的交通量分布频率。通过拟合济南、西安、上海和广州四地随时间变化非线性分布路表温度和各温度区间的交通量分布频率,可以看到,广州地区的路表小时温度分布和交通量在高温下的分布要远高于其他三个地区,且四个地区的温度分布特点有所不同。以四个地区各月份随时间变化非线性分布的路表温度为基础,代入有限元软件进行沥青路面结构的温度场分析,结果显示,路面结构内的温度振幅和相位都相对于路表温度滞后。以温度场数值模拟为基础进行路面结构永久变形数值模拟,结果显示,四个地区中,相同路面结构在广州地区的车辙要远大于其他三个地区,由于上海地区路表温度在高温下的分布略低于其他三地,其车辙是最小的；广州地区,沥青路面车辙主要发生在3-10月份,济南和上海则为4-9月,西安为4-8月份；在一天中,车辙主要发生在12时到晚上20时之间；中面层的车辙是最大的,占更个沥青路面面层车辙的50%以上,上面层次之,下面层最小。本文采用Miner线性累积损伤法则和等应变法则对沥青路面车辙等效温度进行了计算,结果显示,Miner线性累积损伤法则不适用于基于影响因素非线性特性的车辙等效温度的计算,等应变法则虽然直接建立车辙变形和温度的关系,但应对路面结构上面层、中面层和下面层分别考虑,建立不同层位的等效温度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 沥青路面温度场预估研究现状
• 1.3 沥青路面永久变形研究现状
• 1.4 有限元在沥青路面永久变形研究中的应用
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 沥青路面温度场和交通量分布特性
• 2.1 引言
• 2.2 沥青路表温度计算
• 2.2.1 沥青路面温度场预估模型研究
• 2.2.2 气象资料数据计算与统计
• 2.2.3 沥青路表温度计算与验证
• 2.3 随时间变化非线性分布的交通量研究
• 2.3.1 随时间变化非线性分布的交通量特点
• 2.3.2 交通量在温度区间内的分布
• 2.4 本章小结
• 第三章 沥青路面温度场数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 热传导基本理论
• 3.2.1 传热学经典理论
• 3.2.2 热传递的方式
• 3.2.3 导热微分方程
• 3.2.4 边界条件
• 3.2.5 层间界面温度传递
• 3.3 沥青路面温度场数值计算
• 3.3.1 沥青路面温度场数值计算模型建立
• 3.3.2 沥青路面温度场数值计算参数选取
• 3.4 沥青路面温度场数值计算结果分析
• 3.4.1 四个地区路表温度数值结果
• 3.4.2 各月份路面结构温度随时间变化结果
• 3.4.3 路面温度随深度的分布结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 沥青路面永久变形数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 沥青混合料的黏弹性基本理论及模型
• 4.2.1 沥青混合料的黏弹性基本理论
• 4.2.2 沥青混合料黏弹性理论模型
• 4.3 荷载作用形式
• 4.4 路面结构选取及材料参数
• 4.4.1 路面结构选取
• 4.4.2 材料参数
• 4.5 沥青路面永久变形数值模拟方法
• 4.6 沥青路面永久变形数值模拟结果分析
• 4.6.1 济南、上海、西安和广州路面永久变形在各月份的分布结果
• 4.6.2 济南、上海、西安和广州沥青路面永久变形在一天中的分布结果
• 4.6.3 各结构层的永久变形结果对比
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于影响因素非线性特性的车辙等效温度研究
• 5.1 引言
• 5.2 车辙等效温度研究现状及计算方法比较
• 5.2.1 车辙等效温度研究现状
• 5.2.2 几种路面等效温度计算方法的比较
• 5.3 车辙等效温度计算方法
• 5.4 采用Miner定理进行等效温度计算
• 5.5 采用等应变方法计算等效温度
• 5.5.1 采用等应变方法计算车辙等效温度的计算过程及结果
• 5.5.2 沥青路面各面层等效温度计算结果
• 5.6 本章小结
• 主要结论与进一步研究建议
• 主要结论
• 进一步研究内容
• 参考文献
• 致谢