以可靠性为中心的沥青路面维修关键技术研究

论文摘要

路面养护管理的目标在于通过科学的养护技术手段，保持和提高路面的使用品质。即要求在科学管理方法的指导下，能够对需要养护维修的路面，在最合适的时候采取最恰当的措施。要做到科学的规划和决策，必须开展先进管理方法和理论的研究。以可靠性为中心的沥青路面维修技术是以保证路面的可靠性为基本目标，在对路面的病害进行合理的分类和汇总的基础上，以科学的分析方法找出各类病害的最佳维修对策。该养护技术在保证路面结构可靠性的同时，提高维修决策的有效性和经济性，是一种先进的维修管理方法。以可靠性为中心的维修技术的应用，不仅能改善我国目前路面养护管理的状况，提高路面养护工作的效率，而且为路面管理的大系统(包括路面的设计、施工、使用、维修及相关的法规制定)的良性循环运行提供框架，是路面养护管理持续完善的基础。本文主要内容共分六部分：(1)首先在论述RCM维修理论的前提下，对以可靠性为中心的沥青路面维修技术思路进行阐述。(2)通过对国内现有部分代表性道路的交通量、路面结构厚度、抗压回弹模量、弯沉等路面结构设计参数的统计分析，研究参数的概率分布特征；利用有限元中的可靠性分析工具，将路面设计参数视为输入随机变量，将路表弯沉、各层层底拉应力和极限状态函数作为输出变量，对典型沥青路面结构进行可靠性分析。(3)从既有沥青路面结构可靠性状态分析的角度出发，提出在利用先进的无损检测技术的基础上，对既有沥青路面结构状态参数进行检测；然后采用有限元软件，计算不同路面结构状态下路面结构可靠度，分析交通参数、路面结构参数对可靠度的影响；最后应用灰色系统理论对既有路面结构可靠性状态的预测。(4)依托现有路面状况调查测定的大量数据，采用可靠性数学的理论和数理统计的方法，运用Mintab程序，对高速公路沥青混凝土路面使用性能各参数的概率分布模型、变异水平进行全面地研究分析；利用集对分析、模糊风险理论对路面性能使用状况进行评价。(5)从沥青路面使用性能指标出发，应用可拓学中的物元综合方法，建立路面使用性能多指标综合预测模型。通过计算路面性能指标与使用性能的关联度，获得定量的数值评判结果，来判断未来路面使用性能的类别；结合沥青路面维修的特点，详细介绍沥青路面取消项目、增加项目显性及隐性经济效益评估方法。最后利用多目标规划法建立求养护维修最佳维修周期的模型，并利用实例进行验证。(6)通过对旧沥青路面水泥混凝土加铺层的力学分析，研究行车荷载、温度及两者耦合作用下加铺层设计参数对加铺层应力的影响规律；对水泥加铺层可靠度随累计当量轴次的变化规律进行计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 目前我国路面养护管理系统中存在的问题
• 1.1.2 路面管理中实施以可靠度为中心维修技术的必要性
• 1.2 国内外研究现状与评价
• 1.2.1 沥青路面养护维修技术方面
• 1.2.2 以可靠性为中心的维修理论方面
• 1.2.3 存在的主要问题
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 主要研究方法
• 第二章 以可靠性为中心的沥青路面维修理论体系
• 2.1 RCM主要理论内容
• 2.1.1 功能和功能标准
• 2.1.2 功能故障
• 2.1.3 故障模式
• 2.1.4 故障影响
• 2.1.5 故障后果
• 2.1.6 RCM分析的基本原则
• 2.1.7 以可靠性为中心的维修理论的主要观点
• 2.2 沥青路面RCM分析
• 2.2.1 沥青路面的功能及构成分析
• 2.2.2 沥青路面的维修类型
• 2.2.3 沥青路面病害类型及其危害程度分析
• 2.2.4 沥青路面病害的逻辑判断
• 2.3 沥青路面维修性模型分析
• 2.3.1 维修性分析模型基本内容
• 2.3.2 可靠性分析模型
• 2.3.3 系统可用性影响评价模型
• 2.3.4 维修/病害费用计算模型
• 2.3.5 最佳维修时机分析模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于三维有限元的沥青路面可靠性分析
• 3.1 沥青路面结构可靠性分析的基本原理
• 3.1.1 沥青路面结构可靠度的定义
• 3.1.2 沥青路面结构的极限状态
• 3.1.3 沥青路面结构的可靠度分析模型
• 3.2 基于有限元的路面结构可靠性计算方法
• 3.3 沥青路面可靠性计算参数特性分析
• 3.3.1 弯沉的概率分布
• 3.3.2 土基回弹模量的概率分布
• 3.3.3 结构层材料回弹模量的概率分布
• 3.3.4 路面厚度的概率统计
• 3.3.5 荷载参数的概率分布
• 3.4 基于三维有限元的沥青路面结构可靠性分析
• 3.4.1 沥青路面可靠度计算有限元模型
• 3.4.2 沥青路面可靠度性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 既有沥青路面结构可靠性状态诊断与预测
• 4.1 既有沥青路面结构参数的检测
• 4.1.1 路面结构层厚度的检测
• 4.1.2 路面结构层模量的检测与反演技术
• 4.1.3 路面结构层间状态的检测
• 4.1.4 既有路面隐含病害的检测
• 4.2 既有沥青路面结构可靠性状态分析
• 4.2.1 交通参数对路面结构可靠性的影响
• 4.2.3 沥青路面结构层间状态对可靠性的影响
• 4.3 基于灰色理论的沥青路面结构可靠性状态预测
• 4.3.1 灰色理论的基本知识
• 4.3.2 基于灰色理论的路面结构可靠性预测
• 4.4 本章小结
• 第五章 沥青路面检测数据特性分析与使用性能评价
• 5.1 沥青路面使用性能检测指标
• 5.1.1 路面弯沉检测
• 5.1.2 路面平整度检测
• 5.1.3 路面破损检测
• 5.1.4 路面抗滑能力检测
• 5.1.5 车辙检测
• 5.2 沥青路面使用性能检测结果分析
• 5.2.1 沥青路面使用性能检测结果
• 5.2.2 沥青路面使用性能数据统计特性
• 5.3 基于集对论的单路段沥青路面使用性能综合评价
• 5.3.1 沥青路面集对变权评价方法
• 5.3.2 变权评价模型的应用
• 5.4 基于模糊随机法的多路段沥青路面使用性能整体评价
• 5.4.1 模糊随机风险的定义
• 5.4.2 模糊随机风险模型
• 5.4.3 多路段路面使用性能模糊随机风险评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 沥青路面使用性能变化规律及维修决策模型
• 6.1 沥青路面使用性能综合预测物元模型
• 6.1.1 沥青路面性能的主要指标
• 6.1.2 路面使用性能评价物元模型
• 6.2 沥青路面结构维修成本效益分析
• 6.2.1 影响路面结构维修和重建策略的经济因素分析
• 6.2.2 路面结构维修、修复准则和重建准则
• 6.2.3 路面结构维修效益模型
• 6.3 以可靠度为中心的沥青路面维修效益内容
• 6.3.1 以可靠性为中心的维修的经济效益评估模型
• 6.3.2 沥青路面结构失效损失分析
• 6.4 沥青路面养护维修模式
• 6.4.1 沥青路面日常维修费用
• 6.4.2 沥青路面维修周期确定
• 6.5 以可靠度为中心的沥青路面全寿命养护维修经济性分析
• 6.5.1 不采取维修策略时的经济分析
• 6.5.2 已有工程项目的维修及经济分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 旧沥青路面水泥混凝土加铺力学及可靠性分析
• 7.1 行车荷载作用下水泥混凝土加铺层的力学分析
• 7.1.1 力学分析模型
• 7.1.2 层间连续状态下的应力分析
• 7.1.3 层间不连续状态下的应力分析
• 7.2 水泥混凝土加铺层的温度应力分析
• 7.2.1 层间连续状态下的应力分析
• 7.2.2 层间不连续状态下的温度应力分析
• 7.3 行车荷载与温度祸合应力分析
• 7.3.1 层间连续状态下的祸合应力分析
• 7.3.2 层间不连续状态下的祸合应力分析
• 7.4 水泥混凝土加铺层可靠性分析
• 7.4.1 水泥混凝土加铺层极限状态函数
• 7.4.2 水泥混凝土加铺层可靠度计算模型参数
• 7.4.3 路面结构设计参数对加铺层可靠度的影响
• 7.5 本章小结
• 第八章 主要研究结论及建议
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 进一步研究建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢