西铜高速全寿命周期沥青路面设计方法研究

论文摘要

近年来,陕西省高速公路发展速度异常迅猛,取得的成绩有目共睹。但由于沥青路面结构设计理论不完善、路面交通量不断增大,一些沥青路面较早地出现了一系列功能性和结构性破坏,严重影响了道路的使用寿命。因此,为了保证新建西铜高速沥青路面满足路面寿命期使用性能要求,且寿命期不出现结构性破坏,通过借鉴全寿命周期沥青路面设计理念,针对西铜公路沿线交通、环境特点,开展西铜高速全寿命周期沥青路面设计方法研究具有重要的理论意义和应用价值。本文首先对西铜公路沿线交通状况、气候环境及旧路路面使用状况进行了调查分析,确定了西铜高速沥青路面设计的部分基础参数。其次,采用ANSYS软件建立了基于实体轮胎模型的静力学有限元分析模型,同时考虑了轴重和胎压对路面结构受力的影响,研究分析了不同层间连续状况、不同运营期末、季节性土基模量变化及超载作用下的半刚性基层沥青路面力学响应,提出了基于静力学分析的西铜高速沥青路面力学设计指标；运用LS-DYNA显式动力学有限元软件进行了西铜高速实际动荷载作用下的结构动力学仿真分析,并建立了基于动力学分析的西铜高速沥青路面力学设计指标体系。然后依据全寿命周期沥青路面的定义,针对西铜高速改建项目,建立了西铜高速全寿命周期沥青路面的设计指标体系,同时提出各指标相关设计要求。最后,对西铜高速全寿命周期沥青路面的结构优化设计模型进行了研究,提出了全寿命周期沥青路面的设计方法和设计流程,并以确定的西铜高速全寿命路面结构方案二为例说明了全寿命周期沥青路面的设计过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外沥青路面设计方法及评价
• 1.2.1 基于经验的设计方法
• 1.2.2 基于力学的设计方法
• 1.2.3 基于性能的设计方法
• 1.2.4 路面设计方法的基本评价
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 原西铜公路使用状况分析及改扩建方案介绍
• 2.1 沿线交通及气候环境
• 2.1.1 交通特点
• 2.1.2 气候环境
• 2.2 原路面的使用状况分析
• 2.3 西铜公路改扩建方案
• 2.3.1 路线
• 2.3.2 路面结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 西铜高速沥青路面结构静力学有限元分析
• 3.1 基本力学模型
• 3.2 代表性路面结构选取
• 3.3 静力学计算有限元模型建立
• 3.4 不同条件下沥青路面结构应力应变分析
• 3.4.1 不同层间连续状况
• 3.4.2 不同运营期末
• 3.4.3 季节性土基模量变化
• 3.4.4 超载作用
• 3.5 基于静荷载的沥青路面力学设计指标
• 3.6 本章小结
• 第四章 西铜高速沥青路面结构动力学有限元仿真分析
• 4.1 沥青路面动力学有限元理论及分析模型
• 4.1.1 显式动力学有限元理论
• 4.1.2 结构动力学仿真分析模型
• 4.2 沥青路面显式动力学有限元仿真分析
• 4.2.1 车辆匀速作用下仿真分析
• 4.2.2 考虑纵坡的仿真分析
• 4.3 基于动荷载的沥青路面力学设计指标
• 4.4 本章小结
• 第五章 西铜高速全寿命周期沥青路面设计指标及设计要求
• 5.1 全寿命周期沥青路面的界定
• 5.2 全寿命周期沥青路面设计指标
• 5.2.1 路面力学指标
• 5.2.2 使用性能指标
• 5.2.3 经济性指标
• 5.3 全寿命周期沥青路面设计要求
• 5.3.1 力学要求
• 5.3.2 使用性能要求
• 5.3.3 经济性要求
• 5.4 本章小结
• 第六章 西铜高速全寿命周期沥青路面结构优化设计模型研究
• 6.1 全寿命周期沥青路面极限寿命预估
• 6.2 全寿命周期费用分析
• 6.3 全寿命周期沥青路面结构设计优化模型
• 6.3.1 目标函数
• 6.3.2 设计变量
• 6.3.3 约束条件
• 6.4 本章小结
• 第七章 西铜高速全寿命周期沥青路面设计方法研究
• 7.1 全寿命周期沥青路面结构组合设计
• 7.1.1 各层位功能及要求
• 7.1.2 结构组合设计
• 7.2 全寿命周期沥青路面结构层厚度设计
• 7.2.1 设计参数取值
• 7.2.2 设计目标确定
• 7.2.3 路面结构厚度确定
• 7.3 全寿命周期沥青路面设计流程
• 7.4 设计示例
• 7.5 本章小结
• 主要研究与建议
• 参考文献
• 致谢