拓宽路基沥青路面结构受力与拼接仿真

论文摘要

随着交通量迅速增长，有相当一部分已建高速公路不能满足日益增长的交通量需求，高速公路扩建已成为我国公路工程建设中一个热点。高速公路扩建工程设计不同于新建工程，存在着很多需要进一步研究的关键技术问题。目前大多数研究主要是针对扩建公路新老路基不均匀沉降预测和控制方面，而对不均匀沉降下新老路面结构受力分析和拼接问题研究相对较少，还没有得出一个普遍适用的理论。以京港澳高速公路京石段扩建工程为背景，通过有限元仿真，首先，分析了不同高度路堤顶部沉降形态（选取填土高度为1.6m和5.0m两种实际工程典型），然后，分析了基于路基沉降形态的沥青路面受力情况，并与常用简化沉降形态下的情况进行对比。通过正交试验分析方法，仿真分析了加铺层厚度、加铺层模量、加铺层泊松比、新面层模量、基层模量和底基层模量对新老路面结构的影响并给出了各参数的最佳取值。最后，对新老路面搭接尺寸和拼接缝位置进行了分析。结果表明：（1）实际沉降形态下低路堤顶部呈现“~”型沉降，其路面结构除了在拼接处（“~”曲线凸部）承受附加拉应力外，其新建路面部分的基层底基层（“~”曲线凹部）存在较大反弯拉应力，基层（底基层）可能先于面层开裂；（2）高路堤主要是受面层顶面拼接处拉应力控制，其反弯拉应力不明显。简化沉降形态不能准确反映路面结构破坏层和破坏点。（3）新老路面面层和基层应设置30cm搭接台阶；明确了荷载相对拼接缝不利荷载作用范围及面层设置一个台阶和两个台阶时拼接缝位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 有限元法基本原理和建模
• 2.1 路基沉降计算方法
• 2.2 我国现行沥青路面设计方法
• 2.3 有限元法的基本原理
• 2.4 依托工程和有限元建模
• 3 基于不均匀沉降形态的路面结构应力仿真
• 3.1 概述
• 3.2 不均匀沉降形态仿真
• 3.3 不同沉降形态下路面结构受力仿真
• 3.4 各沉降形态下路面结构受力比较
• 3.5 本章小节
• 4 新老路面结构应力响应影响因素分析
• 4.1 不利荷载作用位置
• 4.2 基于正交试验方法的分析设计
• 4.3 低路堤路面结构应力影响因素正交试验分析
• 4.4 高路堤路面结构应力影响因素正交试验分析
• 4.5 本章小结
• 5 新老路面拼接仿真
• 5.1 路面面层拼接
• 5.2 路面基层搭接
• 5.3 不利荷载作用范围
• 5.4 新老路面拼接缝位置及拼接方式
• 5.5 本章小节
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文目录