考虑横观各向同性特性的旧路面沥青加铺层力学行为研究

发布时间：2017-10-24 16:06

  本文关键词：考虑横观各向同性特性的旧路面沥青加铺层力学行为研究

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【摘要】：沥青加铺层作为一种旧路网进行结构补强的典型方法,被广泛应用于旧沥青路面和旧水泥路面改建工程。研究表明沥青混凝土材料具有明显的横观各向同性特性,而且沥青混凝土的这种力学特性对路面力学行为有显著影响。而沥青混凝土的各向异性对沥青加铺层的影响尚不清楚,因此本文研究了考虑沥青混凝土横观各向同性特性的旧路面沥青加铺层力学行为,力图为沥青加铺层设计提供理论指导。本文依托国家自然科学基金项目“各向异性路面结构力学行为及其参数智能反演研究”(项目编号:51278188),考虑沥青混凝土材料的横观各向同性特性,应用有限元计算方法,主要分析了基于沥青混凝土材料的横观各向同性特性的旧沥青路面及旧水泥路面沥青加铺层在各种荷载条件和环境条件下的力学行为。本文主要从以下两个方面展开:(1)考虑沥青混凝土材料的横观各向同性特性分析了旧沥青路面加铺层在竖向荷载、水平荷载、温度模量梯度特性及旧沥青路面裂缝等因素影响下的力学行为,并参考AI设计方法对沥青加铺路面的使用寿命进行了预估分析。计算分析表明,沥青混凝土材料的横观各向同性特性对旧沥青路面加铺层力学行为影响明显。(2)基于旧水泥混凝土路面的大刚度和温度敏感特性,本文在考虑加铺层材料(沥青混凝土)的横观各向同性特性的情况下分析了旧水泥路面加铺层的荷载应力、温度应力及耦合应力,并分析了路面结构层间不同接触状态对加铺层力学行为的影响。计算分析表明,加铺层材料的横观各向同性特性对旧水泥路面加铺层力学行为影响明显。通过对旧沥青路面和旧水泥路面加铺层力学行为受沥青混凝土材料横观各向同性特性影响的计算分析,发现沥青混凝土的横观各向同性特性对加铺层力学行为及使用寿命的影响明显,且现行设计规范将其视为各向同性的做法会明显高估路面的使用性能及服务寿命。因此,建议在对旧路面进行沥青加铺改建设计时应适当考虑沥青混凝土材料的横观各向同性特性。
【关键词】：道路工程 沥青加铺层 横观各向同性 有限元计算方法 寿命预估
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-18
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 关于沥青加铺路面结构力学行为的研究14-15
• 1.2.2 横观各向同性路面结构力学行为研究15-16
• 1.3 本文主要研究内容及意义16-18
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 本文研究意义16-18
• 第2章 横观各向同性路面结构分析理论18-24
• 2.1 层状弹性空间问题基本理论18-20
• 2.1.1 平衡方程18
• 2.1.2 本构方程18-19
• 2.1.3 几何方程19
• 2.1.4 边界条件19-20
• 2.1.5 边值问题20
• 2.2 横观各向同性力学理论20-22
• 2.2.1 基本理论20-21
• 2.2.2 横观各向同性参数21-22
• 2.3 基于有限元方法的路面力学分析方法22-23
• 2.3.1 结构离散化22
• 2.3.2 选择合理的位移函数22
• 2.3.3 单元分析22
• 2.3.4 等效节点力计算22
• 2.3.5 计算结果整合分析22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 旧沥青路面加铺层力学行为分析24-56
• 3.1 考虑横观各向同性的旧沥青路面加铺层力学行为24-32
• 3.1.1 参数的确定与模型的建立24-25
• 3.1.2 加铺层力学行为分析25-32
• 3.2 考虑水平荷载作用的旧沥青路面加铺层力学行为分析32-37
• 3.2.1 考虑水平荷载作用的路面结构模型参数32-33
• 3.2.2 加铺层力学行为分析33-37
• 3.3 考虑加铺层模量梯度特性的旧沥青路面加铺层力学行为37-47
• 3.3.1 沥青混凝土的低温模量梯度特性37-38
• 3.3.2 沥青混凝土的高温模量梯度特性38-39
• 3.3.3 考虑加铺层模量梯度特性的模型参数39-40
• 3.3.4 模型计算结果分析40-47
• 3.4 考虑旧路面裂缝的旧沥青路面加铺层力学行为47-54
• 3.4.1 基本假设及模型参数47-48
• 3.4.2 横向裂缝对加铺层力学行为的影响48-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 旧水泥路面加铺层力学行为分析56-69
• 4.1 考虑横观各向同性的旧水泥路面加铺层力学行为56-63
• 4.1.1 计算模型参数的确定56-57
• 4.1.2 加铺层荷载应力分析57-59
• 4.1.3 加铺层温度应力分析59-61
• 4.1.4 加铺层耦合应力分析61-63
• 4.2 考虑层间接触状态的旧水泥路面加铺层力学行为63-68
• 4.2.1 计算模型参数的确定64
• 4.2.2 加铺层力学行为分析64-68
• 4.3 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 附录A (攻读硕士学位期间发表的学术论文攻读硕士学位期间发表的学术论文76

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本文编号：1089487