重载交通沥青路面力学响应分析及车辙预测

论文摘要

改革开放30多年来,随着经济体制的建立和不断完善,我国的公路建设得到了迅速发展,但随之而来的重载、超载现象日益严重,给沥青路面的使用寿命和服务水平提出了严峻的考验。因此针对目前重载交通的现状,并利用力学分析的方法定量地对重载沥青路面的受力响应特点和永久变形形成规律进行分析意义重大。本文结合在建项目郑汴物流通道工程实际,应用三维有限元基本方法并通过大型有限元软件ABAQUS,着重从车辆轴重、水平力的大小、高温等方面研究沥青路面的受力响应特点；从作用轴次、车辆荷载、车速等方面研究沥青路面车辙的形成规律。论文研究结果表明：在车辆轴重逐渐增加的情况下,路表弯沉和路面内应力、应变等都比标准轴重时明显增大,因此在重轴车辆的反复作用下,路面更容易出现疲劳开裂、压密变形等早期病害；过大的水平力会使路面层间剪应力显著增加,尤其是车辆轴重较大时相对产生较大的水平力,这种情况下对路面产生推移、剪切破坏等不容忽视；路面车辙的发展和汽车轴重、作用轴次关系密切,研究发现路面车辙主要是在路面使用前期形成,车辆轴重增加大大增加了路面的车辙的深度,研究还表明,车速的降低可以加速车辙病害的发生,尤其是在低速时对车辙影响更明显,而重载车低速行驶更普遍,因此对路面危害更大。本课题的研究,使我们对重载超载交通条件下沥青路面的疲劳破坏和剪切破坏以及车辙的产生有了较为深入的理解,从而可以指导我们在以后的重载交通道路的设计、施工和运营管理中,最大限度的延长道路的使用寿命和节约资源及降低养护费用,也为我国的沥青路面更加深入的研究做一探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容和技术路线
• 2 路面力学计算理论及ABAQUS的应用
• 2.1 路面力学计算理论
• 2.1.1 弹性层状体系基本理论
• 2.1.2 弹性理论空间问题的基本方程
• 2.2 有限元基本原理及软件ABAQUS的应用
• 2.2.1 有限元方法的基本原理
• 2.2.2 ABAQUS软件简介
• 2.2.3 ABAQUS在道路工程中的应用
• 3 有限元模型的建立
• 3.1 路面结构形式的选取
• 3.2 荷载图式及大小的确定
• 3.3 模型尺寸的确定
• 3.4 模型的检验
• 3.4.1 BISAR计算程序简介
• 3.4.2 荷载的计算形式
• 3.4.3 计算结果
• 4 弹性状态下路面结构的受力响应分析
• 4.1 重载对路面受力特性的影响分析
• 4.1.1 路表弯沉分布
• 4.1.2 拉应力分布
• 4.1.3 压应力分布
• 4.1.4 剪应力分布
• 4.2 水平力对路面受力的影响
• 4.2.1 对位移的影响
• 4.2.2 对应力的影响
• 4.3 高温状态下面层的受力响应
• 4.3.1 路面各结构层温度的确定
• 4.3.2 高温下模量的确定
• 4.3.3 计算结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 基于粘弹塑性理论的车辙分析
• 5.1 粘弹塑性理论
• 5.2 材料参数的选取
• 5.3 荷载工况的确定
• 5.4 计算结果分析
• 5.4.1 荷载作用轴次对车辙的影响
• 5.4.2 轴重对车辙的影响
• 5.4.3 车辆行驶速度对车辙的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历