基于层位功能的重载沥青路面结构与材料设计研究

发布时间：2020-11-16 08:38

　　 随着国民经济的快速发展,公路交通运输事业得到了蓬勃发展,重载、超载现象日益突出。沥青路面作为我国高等级路面的主要结构形式,往往在设计年限内无法满足重载交通的需求而发生严重的早期破坏,车辙和裂缝的频繁出现,严重缩短了沥青路面的使用寿命。因此,结合各结构层层位功能要求,深入研究能够抵抗重载交通反复作用的沥青路面结构与材料组合设计具有深远意义。首先,本文通过调查京沪高速动态称重系统(WIM)记录的基础数据,统计分析其交通组成和轴载特性,绘制了实测交通轴载谱,选取120kN和140kN分别作为京沪高速超车道、行车道的代表轴载;根据京沪高速沥青路面养护管理决策支持系统(PMS)记录的数据,选取了重载代表路段,以车辙和横缝为典型病害,从重载交通和路面结构形式两方面分析了典型病害的成因,为重载沥青路面结构类型的选取提供依据。其次,选取无机结合料稳定类基层沥青路面和沥青结合料类基层沥青路面两种路面结构形式,利用ABAQUS有限元软件,基于弹性层状体系理论,分析了面层厚度、面层模量梯度、重载和水平力对沥青路面受力特性的影响,结合沥青路面主要设计指标,得到了各种沥青路面结构最佳厚度组合和面层模量梯度推荐方案;采用灵敏度分析,确定了重载沥青路面的关键设计指标及设计要点,为重载沥青路面结构与材料组合设计提供依据。然后,针对京沪高速重载交通特性和典型病害成因,分别选取SMA-13、Sup-20、Sup-25 级配沥青混合料作为上、中、下面层材料,通过室内试验测定七种面层沥青混合料的路用性能和力学性能。试验结果表明,七种面层沥青混合料的路用性能和力学性能均能满足要求;掺加玄武岩纤维后,沥青混合料的高温抗变形能力和低温抗裂性能稍有改善,水稳定性改善效果不明显,抗剪性能和疲劳寿命得到大幅提高。最后,根据力学响应结果拟定路面结构类型,通过面层厚度与材料实测模量的合理组合,以充分发挥各个结构层的层位功能为组合设计原则,得到常规无机结合料稳定类基层沥青路面、“薄面”无机结合料稳定类基层沥青路面和沥青结合料类基层沥青路面三种推荐路面结构。利用好路网软件,根据京沪高速实测交通参数和面层材料性能,对推荐路面结构进行验算,均能满足重载沥青路面设计要求。研究成果将直接在京沪高速江苏段路面维修养护及拓宽改建工程中实际应用,同时对我国重载交通下的新建和改建高速公路的路面结构设计具有较大指导意义。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U416.2
【部分图文】：

图２．２各路段超车道车型分布??由图２．１可见，新沂河桥和永安河桥所在路段行车道上车型分布比例较为接近，两个??路段上六轴半挂式货车８、９类车比例之和分别为６３．４％、５３％。可见，两路段行车道上大??型货车比例较高。图２．２表明，两路段的主要车型为中小型货车，其中二轴六轮２、３类车??型的比例相对较高，分别为５６．７％和６９．３％。此外，新沂河桥路段的超车道上六轴及以上??的大型货车所占比例明显高于永安河桥路段，新沂河桥所在路段的重载情况更为明显。??对比图２．１和图２．２可知，行车道上大中型货车的比例明显高于超车道，行车道的重??载情况相对超车道更为严重，且行车道上的行车速度普遍低于超车道，重载低速行驶的大??中型货车会严重影响沥青路面的行驶质量。??２．１．２交通参数分析??（１）年平均日交通量??２轴６轮及以上车辆的双向年平均日交通量ＡＡＤＴＴ是指全年日交通量（除了?１类车??型）观测值的平均值，其计算公式如下：??

式中：０—一观测期内第ｉ天２轴６轮及以上车辆的交通量（辆／ｄ）。??根据动态称重系统（ＷＩＭ）记录的历年交通量数据，按公式２－１计算两个路段２轴６??轮及以上车辆历史年平均日交通量ＡＡＤＴＴ，结果见表２－２，其变化规律见图２．３。???表２－２历史年平均日交通量???＾、?２轴６轮及以上车辆ＡＡＤＴＴ／辆／ｄ??年份???????新沂河桥?永安河桥???２００１?１７７０６?２２４１４??２００２?２３６６５?３０１９３??２００３?２８９０３?４２５８７??２００４?２８９２８?４７９２４??２００５?３２３８６?５３０１０??２００６?３６０３５?６０１６６??２００７?３７０７０?６２６４７??２００８?３８６５４?６４４３８??２００９?４１２９７?５８１２５??２０１０?４７５３１?６６４３４??２０１１?５０４００?６９９９５??２０１２?５０６７５?７１２０１??２０１３?５１２７１?７３２１３??２０１４?５１８０６?７３７９７??２０１５?５２４６２?７４４９９??２０１６?５１１８９?７５１５２??８００００??＾?７００００??辱?６００００??＊?５００００??ｇ?４（）＿?＋新沂河桥??＾?３００００?＋永安河桥??２００００??１００００??０?？??＇??ｉ???ｉＪｉ－ｎ－ｖ

车道??图２．４各路段车道系数??由图２．４可见，行车道承受的交通荷载作用明显高于超．乍道。新沂河桥所在路段行车??道承担的交通荷载作用占全幅路面交通荷载的７１．７２％，超．乍．道的交通Ｓｄ伞幅路面交通Ｍ??的２８．２８％。永安河桥所在路段行车道的车道系数为６８．３６％，超车道的乍道系数为３１．６４％。??因此，两个路段行车道承担着全断面７０％左右的交通荷载作用，超车道承担３０％左右的交??通荷载作用。??２．２京沪高速交通轴载分析??２．２．１轴载特性分析??在路面结构设计过程中，为了准确考虑重载车辆对沥青路面损坏的影响，就必须测定??行驶车辆的轴型和轴重数据。大量研究表明，２轴６轮及以上的货车是造成沥青路面损坏??的主要车型。因此，研宄各类车辆各种轴型的轴载范围及频率能真实的反映路面实际的轴??载特性，即轴载谱。轴载谱类型分为单轴单轮轴载谱、单轴双轮轴载谱、双联轴轴载谱和??三联轴轴载谱。《公路沥青路面设计规范》（ｒｒｃＤｓｏｄｏｉ？）中规定：轴重的超限标准为单??轴单轮７０ｋＮ
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本文编号：2885867