轮载压力与温度场变化对路面力学性能的影响

发布时间：2020-11-15 03:21

　　 随着我国交通运输产业的快速发展,我国已形成一套完善的沥青路面设计理论体系与方法。但为了追求规范的适用性,对许多设计参数如轮载以及路面结构当量温度都进行了统一与简化。其中将轮载简化为圆形竖向均布荷载,忽略了轮载在不同路段上的变化,并且忽略了轮胎-路面间接触应力不均匀分布带来的影响。另一方面,对不同地区的路面结构当量温度进行了统一取值,忽略了不同路面结构形式下的路面温度场出现差异的可能性。基于这两个角度,本文从实际出发,借助数值模拟软件对轮载以及温度场的差异性在路面结构设计中产生的影响展开研究,为路面结构的精准设计提供有效的理论与指导依据。利用卡车仿真软件,建立了二级公路与常见双轴卡车的数值模型,对卡车在弯道、纵坡以及制动状态下的轮载变化规律展开分析。探讨了轮载大小与道路线形参数和卡车动力因素之间的关系。结果发现相同轴载的卡车在特殊路段上轮载会明显增大。在获得不同路段的特殊轮载组合后,建立了三维有限元路面结构模型,对轮载均匀以及非均匀分布下的路面响应以及结构寿命预测进行对比,以讨论圣维南原理在路面结构设计中的有效性。经计算,发现轮载应力的分布方式对沥青混合料层部分的力学响应与结构寿命影响较大,而对无机结合料基层底部与土基顶部的力学计算几乎不存在影响。根据珠江黄埔大桥路面结构实测温度场数据,利用有限元路面温度场计算模型对该项目中所采用的一种大孔隙排水磨耗层(UHPP)的传热系数进行了反算,然后对铺设该类型具有阻热效应的磨耗层与铺设普通密集配磨耗层下的路面结构温度场进行对比。结果证明加铺该类型磨耗层可改善路面结构温度场。然后,建立三维路面结构车辙计算模型,根据实际道路线形对珠江黄埔大桥进行不同路段上的轮载大小划分,导入不同路面结构形式下的温度场,对沥青路面在不同路段与不同路面结构形式下的车辙进行对比。结果发现,不同路段下的路面结构车辙存在较大区别,且改善路面结构温度场的方法可有效减少路面结构车辙深度。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U461;U416.2
【部分图文】：

也就是说路面病害程度可能与道路线形相关，一些特殊路段上的路面结构更容易遭遇路面病害。图1-1 为广州市天河区一处急转弯位置。该路段中，与弯道相接的两处直线段路面状况良好，无明显病害，而在弯道部位，却出现明显坑槽。据笔者观察，车辆若以较高速度经过此弯道时，会在离心力的影响下产生车身的重心偏移，使得靠近弯道外侧的轮胎会更明显的施压于路面。同时，图 1-2 所示为广州市天河区某交叉路口处出现的一处较为明显的路面裂缝，而除该路口以外，此路段上其他部分都没有其他明显裂缝出现。据观察，该路口处为车辆交汇处，并常有行人及非机动车经过，因此此处为机动车辆频繁制动路

于一般的平面直线路段，因此特殊路段的路面施工可能存在压实度题或是排水性能较差的问题；（2）不同路段上的路面所承受的轮载面结构力学响应差异。道路是由复杂的空间几何线形组成的，驾驶据路况进行诸如加速、刹车、换挡、转弯等一系列操作。在重力、和刹车制动力的综合作用下，车辆轮载与轮胎接地应力分布将发生这又势必导致了路面结构力学响应的变化。因此，对于某些特殊路积的路面力学响应可能会与其他一般路面产生差异。图 1-1 弯道处病害

因此，准确预测沥青路面温度场的分布特性和变化规律，对于构的设计具有重要的指导意义。在现有规范的路面结构验算方法中，根据气确定基准结构温度调整系数和等效温度，然后对路面进行结构层厚度及模量得到温度调整系数与等效温度。在这种方法中，未能考虑不同路面层形式（水磨耗层）对路面结构温度场的影响。图 1-3 与图 1-4 为广州市珠江黄埔大保型超高性能路（桥）面结构加固延寿技术”中路面结构温度场在铺设普通层与铺设大孔隙沥青磨耗层（UHPP）前后的变化（图片取自项目报告）。可以结构各层的温度均随着环境温度的变化呈现规律性的变化。其中铺设 UHPP段的路面结构内部温度变化趋势相对其他一般密级配路面结构要缓，最高温般密级配路面结构。因此可以认为，不同的路面层形式对路面结构温度场可。但由于在该项目中未对各试验路段设立功能完善的气象站对日照条件以及条件进行监控，因此难以对各项数据进行直接比对，无法进一步对路面结构温度场的影响进行分析。
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本文编号：2884282