“白加黑”路面温度场及应力场研究

发布时间：2017-06-14 11:05

  本文关键词：“白加黑”路面温度场及应力场研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旧水泥混凝土路面加铺沥青层(俗称“白加黑”路面)技术因其兼具沥青混凝土路面路用性能优异和充分发挥旧水泥混凝土路面强度高的特点,被广泛应用于旧水泥路面的改建工程。沥青加铺层的低温开裂、疲劳损坏和车辙变形等常见的破坏形式,直接或间接的与路面结构温度的分布状况有关,因此有必要开展“白加黑”路面温度场和应力场研究,为“白加黑”路面结构设计提供理论指导。本文依托“国道G321线佛山段养护管理示范路”路面改造工程,选取气象参数(大气温度、太阳辐射、风速)、路面结构温度作为量测对象,制定“白加黑”路面结构温度场测量方案。通过气象学和传热学理论分析“白加黑”路面结构温度场与自然环境之间的热量交换。在实测气象参数及“白加黑”路面结构温度场数据基础上,分析高温期、常温期和低温期“白加黑”路面温度场(路面结构内部温度、温度梯度、变温速率和日较差等)分布规律。考虑太阳辐射、空气对流换热和空气辐射换热等3种路表与外界热交换的形式,根据传热学原理,利用有限元方法模拟高温期、常温期和低温期的“白加黑”路面温度场,并将模拟结果与路面实测温度场进行对比验证。各个时刻不同深度的温度模拟数据与实测数据的偏差在3℃以内,表明采用有限元数值方法模拟沥青路面结构温度场是可行的。基于验证后的“白加黑”路面温度场模型,采用间接耦合法研究高温期、常温期和低温期的“白加黑”路面结构的温度应力和温度-荷载耦合应力及其影响因素。发现低温期沥青加铺层底温度应力最大,接缝处应力集中现象明显。在温度荷载和车轮荷载综合作用下,沥青层底拉压应力不断地交替出现易引起疲劳开裂破坏。增加沥青加铺层厚度,设置应力吸收层、土工合成材料可大大改善沥青加铺层底的受力状态。
【关键词】：“白加黑”路面 温度场 应力场 测试技术 有限元方法
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 路面结构温度场研究12-15
• 1.2.2 路面结构应力场研究15-16
• 1.3 研究内容和技术路线16-18
• 第二章 路面结构温度场理论18-27
• 2.1 路面结构的热交换18-19
• 2.2 气象学基本知识19-21
• 2.2.1 太阳辐射19-20
• 2.2.2 地面辐射和大气辐射20-21
• 2.3 热分析参数及热量传递方式21-24
• 2.3.1 热分析参数21-22
• 2.3.2 热量传递方式22-24
• 2.4 路面结构温度场理论24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 “白加黑”路面温度场测试27-40
• 3.1 依托工程概况27-28
• 3.2 测试仪器简介28-32
• 3.3 温度传感器埋设32-37
• 3.3.1 测点选取32-34
• 3.3.2 温度传感器埋设流程34-37
• 3.4 气象和温度数据采集37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 “白加黑”路面温度场分析40-58
• 4.1 气象数据规律分析40-45
• 4.1.1 气温的划分40-42
• 4.1.2 气象数据分析42-45
• 4.2 “白加黑”路面温度场规律45-52
• 4.2.1 高温期实测数据分析45-48
• 4.2.2 常温期实测数据分析48-50
• 4.2.3 低温期实测数据分析50-52
• 4.3 “白加黑”路面温度梯度分析52-56
• 4.3.1 高温期温度梯度分析53-54
• 4.3.2 常温期温度梯度分析54-55
• 4.3.3 低温期温度梯度分析55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 “白加黑”路面温度场模拟58-87
• 5.1 热分析的有限元法58-62
• 5.2 温度场模拟有限元模型62-74
• 5.2.1 基本假设62
• 5.2.2 模型几何尺寸及材料参数62-64
• 5.2.3 边界条件64-73
• 5.2.4 温度场模拟过程73-74
• 5.3 “白加黑”温度场数值模拟效果评价74-86
• 5.3.1 高温期74-78
• 5.3.2 常温期78-82
• 5.3.3 低温期82-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第六章 “白加黑”路面应力场分析87-104
• 6.1 有限元模型建立87-90
• 6.1.1 耦合场分析概述87
• 6.1.2 路面材料计算参数87-89
• 6.1.3 模型基本假设、荷载和边界条件89-90
• 6.2 “白加黑”路面结构力学分析90-97
• 6.2.1 “白加黑”路面温度应力分析90-95
• 6.2.2 “白加黑”路面温-荷耦合应力分析95-97
• 6.3 “白加黑”路面应力影响分析97-103
• 6.3.1 加铺层厚度的影响98-99
• 6.3.2 应力吸收层厚度的影响99-101
• 6.3.3 土工合成材料101-103
• 6.4 本章小结103-104
• 结论与展望104-107
• 主要结论104-105
• 主要创新点105-106
• 进一步研究的展望106-107
• 参考文献107-110
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果110-111
• 致谢111-112
• 附件112

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本文编号：449262