内蒙古重载交通高等级公路沥青路面结构研究
本文选题:重载交通 + 沥青路面 ; 参考:《东南大学》2015年硕士论文
【摘要】:随着国民经济的发展,内蒙古地区作为能源输出地,境内公路干线重载现象越来越严重。现行沥青路面设计规范以常规荷载作为设计荷载,以此设计的路面结构其使用性能和寿命难以满足重载车辆的行驶需求。因此,需要研究出与实际交通状况相适应的路面结构设计方法。论文以实体工程为依托,分析了重载交通作用下货车轴载分布、荷载作用图示和路面病害形式;通过室内试验研究了重载交通作用下路面结构层材料设计参数;采用有限元方法研究了重载交通作用下沥青路面力学特性;研究了重载交通作用下沥青路面的轴载换算;提出了适合重载交通的沥青路面结构组合及设计方法。首先,论文分析了重载交通作用下货车轴载分布、荷载作用图示和路面病害形式。论文分析了内蒙古境内及周边地区典型货运公路的交通组成和货车轴载资料,得到了重载货车轴载谱;实测分析了货车载重轴轮胎接地压强和面积,得到了适用于重载货车的荷载作用图示;实地调研分析了重载交通作用下110国道路面病害形式和成因。其次,论文研究了重载交通作用下路面结构层材料设计参数。论文通过室内试验分析了沥青混合料和半刚性基层材料受力特性,得到了结构层材料应力—应变曲线、沥青混合料动态模量主曲线,并得出了重载交通作用下沥青混合料和半刚性基层材料动静态模量取值范围,为路面结构力学分析提供了材料参数。再次,论文研究了重载交通作用下沥青路面力学特性。论文利用有限元软件ABAQUS分析了沥青路面结构在不同荷载作用下的三维空间力学响应;分析了重载交通作用下不同基层(柔性基层、半刚性基层、刚性基层)沥青路面结构的力学响应;分析了重载交通作用下纵坡对沥青路面结构力学响应的影响,指出了纵坡路段病害产生的原因,并根据纵坡路段路面结构受力特点对沥青层疲劳预估模型和沥青层永久变形预估模型进行了修正。运用沥青路面疲劳预估模型、沥青层永久变形预估模型、基层疲劳预估模型、路基顶面压应变预估模型分析了现有110国道路面结构,指出了现有路面结构的不足。然后,论文研究了重载交通作用下沥青路面的轴载换算。论文在力学分析的基础上,根据等效原则和相应的预估模型推导出重载交通作用下基于疲劳等效、沥青层永久变形等效、路基顶面压应变等效的轴载换算公式。最后,论文提出了适合重载交通的沥青路面结构组合方案和设计方法。论文在对路面病害、重载车辆轴重分布、荷载图示、路面受力分析、轴载换算及材料参数等综合研究的基础上,推荐了重载交通沥青路面结构组合方案,初步提出了适用于重载交通的沥青路面结构多指标设计方法,并结合具体算例分析论证了论文方法在重载交通沥青路面结构设计中的合理性与适用性。
[Abstract]:With the development of national economy, Inner Mongolia as an energy export region, the phenomenon of heavy load of highway trunk is becoming more and more serious.The current asphalt pavement design code takes the conventional load as the design load. The performance and life of the pavement structure designed with this design is difficult to meet the requirements of heavy-duty vehicles.Therefore, it is necessary to study the design method of pavement structure adapted to the actual traffic conditions.Based on the solid engineering, the paper analyzes the distribution of axle load, the graph of load action and the form of pavement disease under heavy load traffic, and studies the design parameters of pavement structure layer material under heavy load traffic through laboratory tests.The mechanical properties of asphalt pavement under heavy load traffic are studied by finite element method, the axle load conversion of asphalt pavement under heavy load traffic is studied, and the structure combination and design method of asphalt pavement suitable for heavy load traffic are put forward.Firstly, the distribution of axle load, the graph of load action and the form of pavement disease are analyzed.The paper analyzes the traffic composition and axle load data of typical freight road in and around Inner Mongolia, obtains the axle load spectrum of heavy truck, and analyzes the ground pressure and area of truck truck tire.This paper obtains the graph of load action suitable for heavy duty truck, and analyzes the form and cause of road surface disease of 110 national highway under heavy load traffic action on the spot.Secondly, the design parameters of pavement structure material under heavy traffic are studied.In this paper, the mechanical properties of asphalt mixture and semi-rigid base material are analyzed through laboratory tests, and the stress-strain curve of structural layer material and the main curve of dynamic modulus of asphalt mixture are obtained.The range of dynamic and static modulus of asphalt mixture and semi-rigid base material under heavy load traffic is obtained, which provides material parameters for pavement structural mechanics analysis.Thirdly, the paper studies the mechanical properties of asphalt pavement under heavy traffic.In this paper, the three-dimensional spatial mechanical response of asphalt pavement structure under different loads is analyzed by using finite element software ABAQUS, and the different base course (flexible base, semi-rigid base) under heavy load traffic is analyzed.The mechanical response of asphalt pavement structure, the influence of longitudinal slope on the mechanical response of asphalt pavement structure under heavy traffic load is analyzed, and the causes of the disease in longitudinal slope section are pointed out.The fatigue prediction model of asphalt layer and the prediction model of permanent deformation of asphalt layer are modified according to the stress characteristics of pavement structure in longitudinal slope section.The fatigue prediction model of asphalt pavement, the prediction model of permanent deformation of asphalt layer, the fatigue prediction model of base course and the pressure-strain prediction model of roadbed top surface are used to analyze the existing 110 national highway pavement structure, and the shortcomings of the existing pavement structure are pointed out.Then, the paper studies the axle load conversion of asphalt pavement under heavy traffic.On the basis of mechanical analysis, according to the principle of equivalence and the corresponding prediction model, this paper deduces the axial load conversion formula based on fatigue equivalent, asphalt layer permanent deformation equivalent, roadbed top compressive strain equivalent under the action of heavy load traffic.Finally, the paper puts forward the combination scheme and design method of asphalt pavement structure suitable for heavy haul traffic.On the basis of comprehensive research on pavement diseases, axle load distribution of heavy-duty vehicles, load diagram, analysis of pavement forces, axle load conversion and material parameters, the paper recommends the structure combination scheme of heavy haul traffic asphalt pavement.The multi-index design method of asphalt pavement structure suitable for heavy haul traffic is put forward preliminarily, and the rationality and applicability of this method in the design of heavy haul traffic asphalt pavement structure are proved by the analysis of concrete examples.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U416.217
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,本文编号:1761118
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