重冰冻区长寿命沥青路面设计研究

论文摘要

内蒙古重冰冻区气候条件苛刻、车辆超载严重,已建成沥青路面中早期破坏十分严重,路面质量下降迅速,严重影响了车辆的行驶速度和运行安全,阻碍了重冰冻区经济的快速发展。因此,为了从根本上改善和提高重冰冻地区高速公路沥青路面的使用性能,延长其使用寿命,针对内蒙古重冰冻区交通及气候状况,引入国外长寿命沥青路面的设计理念,开展重冰冻区长寿命沥青路面设计研究具有重要现实意义。本文首先调查分析了重冰冻区的气候特征、交通状况以及路面使用现状,结合该地区交通量及轴载分布,对重冰冻区路面设计轴载参数进行了深入研究,得出了重冰冻区季节轴载换算参数。基于国外长寿命沥青路面设计理念,界定了重冰冻区沥青路面结构破坏临界状态,结合重冰冻区气候及交通特征,提出了内蒙古重冰冻区长寿命沥青路面设计指标及要求。针对重冰冻区冬季温度极低的特点,研究了温度对沥青混合料疲劳寿命的影响规律。同时,按照长寿命沥青路面结构层位功能要求,研究了重冰冻区长寿命沥青路面结构特殊功能层设置及合理基层类型,提出了该地区长寿命沥青路面结构组合设计及层间处置方法。以沥青层底拉应变、半刚性结构层底拉应力、基顶压应变、沥青面层剪应力为控制指标,采用路面设计软件ANSYS10.0对重冰冻区长寿命路面结构进行了优化,通过对路面结构的疲劳寿命分析,推荐出了适合重冰冻区的长寿命沥青路面结构。为了验证、推广研究成果,课题组在绥满国道阿博高速第七标铺筑了两种长寿命试验路。通过重冰冻区长寿命试验路施工工艺及质量控制技术的系统研究,为重冰冻区长寿命路面结构的全面实施推广提供了理论基础和实践经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及必要性
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究必要性
• 1.2 重冰冻区长寿命沥青路面研究现状
• 1.2.1 重冰冻区长寿命沥青路面国外研究现状
• 1.2.2 重冰冻区长寿命沥青路面国内研究现状
• 1.3 重冰冻区沥青路面主要病害及原因分析
• 1.4 主要研究内容及技术路线
• 第二章 内蒙古重冰冻区气候特点、交通状况及路况调查分析
• 2.1 内蒙重冰冻区气候环境调查
• 2.1.1 温度
• 2.1.2 湿度
• 2.1.3 冻融环境
• 2.2 绥满国道主干线交通状况调查
• 2.2.1 交通量调查
• 2.2.2 车辆分类
• 2.3 重冰冻区沥青路面结构设计及使用状况调查
• 2.3.1 重冰冻区沥青路面结构设计
• 2.3.2 交通对沥青路面使用状况的影响
• 2.3.3 环境对沥青路面使用状况的影响
• 2.4 小结
• 第三章 重冰冻区沥青路面设计轴载参数研究
• 3.1 轴载换算方法和换算指数确定
• 3.1.1 轴载换算原则
• 3.1.2 基于路表弯沉值的轴载换算方法
• 3.1.3 基于基层底部拉应力的轴载换算方法
• 3.2 标准轴载确定及超载分级
• 3.2.1 各国轴载限制标准
• 3.2.2 轴载分布与超载分级
• 3.3 重冰冻区交通参数计算
• 3.3.1 累计当量轴次
• 3.3.2 使用期内年平均当量轴次增长率
• 3.3.3 设计年限及方向系数
• 3.4 重冰冻区轴载换算参数的确定
• 3.4.1 轴载换算季节修正系数的基本概念
• 3.4.2 内蒙古呼伦贝尔地区轴载换算季节修正系数的取值
• 3.5 小结
• 第四章 重冰冻区长寿命沥青路面设计指标研究
• 4.1 沥青路面结构破坏临界状态确定
• 4.2 重冰冻区长寿命沥青路面力学响应分析
• 4.2.1 力学模型的建立
• 4.2.2 材料参数选择和荷载的选定
• 4.2.3 单元类型选择和网格划分
• 4.2.4 沥青路面结构应力、应变、位移的求解
• 4.3 重冰冻区长寿命沥青路面结构设计指标及要求研究
• 4.3.1 沥青层底弯拉应变
• 4.3.2 基顶竖向压应变
• 4.3.3 基层底部容许拉应力
• 4.3.4 面层容许剪应力
• 4.3.5 路表设计弯沉
• 4.4 小结
• 第五章 温度对重冰冻区沥青路面疲劳寿命的影响
• 5.1 内蒙古呼伦贝尔地区温度场调查
• 5.2 重冰冻地区温度场预估模型的建立
• 5.2.1 温度场预估模型研究现状
• 5.2.2 温度场预估模型的选取
• 5.2.3 沥青路面结构层最低、最高温度计算
• 5.3 温度对沥青混合料疲劳寿命影响
• 5.3.1 试验设计
• 5.3.2 不同沥青下的温度对沥青混合料疲劳寿命影响
• 5.3.3 不同级配下的温度对沥青混合料疲劳寿命影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 重冰冻区长寿命沥青路面结构优化设计
• 6.1 重冰冻区沥青路面结构设计流程图
• 6.2 重冰冻区轴载参数的确定
• 6.3 重冰冻区力学模型的建立和材料参数的确定
• 6.4 重冰冻区长寿命沥青路面结构推荐和力学分析
• 6.4.1 路面结构推荐
• 6.4.2 力学分析
• 6.5 重冰冻区长寿命沥青路面疲劳寿命计算和经济效益分析
• 6.5.1 疲劳寿命预估方法
• 6.5.2 永久变形模型疲劳寿命预估
• 6.5.3 沥青层疲劳模型疲劳寿命预估
• 6.5.4 半刚性基层疲劳模型疲劳寿命预估
• 6.6 小结
• 第七章 重冰冻区沥青路面实体工程研究
• 7.1 依托工程概况
• 7.2 试验路配合比设计
• 7.2.1 原材材料性能
• 7.2.2 ATB-30配合比设计
• 7.2.3 AC-25F配合比设计
• 7.2.4 AC-20C配合比设计
• 7.2.5 SMA-13配合比设计
• 7.3 试验路施工及质量控制
• 7.4 本章小结
• 结论与建议
• 主要研究结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢