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旧沥青路面加铺力学分析及防裂措施研究

作　者: 江毅
导　师: 黄立葵；颜可珍
学　校: 湖南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青加铺层荷载应力温度应力耦合应力应力吸收层级配碎石土工合成材料
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 146次
引　用: 2次
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内容摘要

随着国民经济的持续快速发展,沥青路面得到越来越广泛的应用。但随之而来的是沥青类路面损害越来越严重,为改善路面使用性能和提高承载能力、延长服务年限,必须采取一定的修复技术。在旧沥青路面上加铺沥青层是一种常用的、有效的路面修复技术,它具有工期短、对交通影响小、修复后路面服务性能好等优点。目前国内外对旧沥青路面上沥青加铺层的结构类型、设计方法及施工技术等方面的研究都很少,因此开展旧沥青路面加铺研究是十分必要的。本文通过对旧沥青路面加铺进行较为全面和深入的力学计算,分析其产生破坏的原因,进而提出防裂措施,力图借此为旧沥青路面加铺设计提供帮助。本文主要从以下几个方面开展研究工作:(1)利用线弹性力学原理,建立路面结构三维模型,研究了沥青加铺层厚度、模量、旧路模量、水平力及轴载等参数变化对沥青加铺层力学状况的影响,并着重研究了裂缝和层间接触对加铺层性能的影响。(2)对温度荷载作用下以及车辆荷载和温度荷载耦合作用下加铺层的受力状况进行计算,分析了各种因素对加铺层力学状况的影响;(3)在前面分析的基础上提出设置应力吸收层、碎石过渡层、土工合成材料夹层等加铺防裂措施,并对设置应力吸收层、碎石过渡层、土工合成材料夹层的加铺层结构进行了荷载应力、温度应力及耦合应力的分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 研究的背景和意义  10-12
  1.2 国内外研究概况  12-16
    1.2.1 力学分析  12-14
    1.2.2 设计方法研究  14-16
      1.2.2.1 弯沉法  14-15
      1.2.2.2 有效厚度法  15-16
      1.2.2.3 基于断裂力学的设计方法  16
      1.2.2.4 我国的设计方法  16
  1.3 本文的主要研究内容及方法  16-18
第2章有限元法介绍及路面温度场理论  18-25
  2.1 有限元法介绍  18-21
    2.1.1 基本介绍  18
    2.1.2 数学原理  18-19
    2.1.3 分析步骤  19-21
  2.2 路面温度场理论  21-25
第3章交通荷载下旧沥青路面加铺力学分析  25-52
  3.1 计算参数及假定  25-26
  3.2 有限元模型的建立  26-28
  3.3 有限元计算结果分析  28-45
    3.3.1 总体计算分析  28-33
    3.3.2 旧路模量对加铺层力学状况的影响  33-34
    3.3.3 加铺层模量对加铺层力学状况的影响  34-36
    3.3.4 加铺层厚度对加铺层力学状况的影响  36-37
    3.3.5 超载对加铺层力学状况的影响  37-38
    3.3.6 水平力对加铺层力学状况的影响  38-40
    3.3.7 旧路裂缝对加铺层力学状况的影响  40-45
      3.3.7.1 有裂缝时总体分析  40-41
      3.3.7.2 裂缝宽度对加铺层的影响  41-43
      3.3.7.3 裂缝深度对加铺层的影响  43-45
  3.4 层间接触对加铺层力学状况的影响  45-51
    3.4.1 层间接触对路面竖向变形的影响  46-47
    3.4.2 层间接触对加铺层拉应力的影响  47-49
    3.4.3 层间接触对加铺层剪应力的影响  49-51
  3.5 本章小结  51-52
第4章沥青加铺层温度应力及耦合应力分析  52-74
  4.1 旧沥青路面加铺温度场分析  52-59
    4.1.1 温度场模型的确定  52-55
      4.1.1.1 模型结构及单元选取  52-53
      4.1.1.2 路面材料的热物理性参数  53
      4.1.1.3 边界条件的确定  53-55
    4.1.2 温度场数值计算结果与分析  55-59
      4.1.2.1 日周期下的温度场  55-58
      4.1.2.2 连续降温条件下  58-59
  4.2 沥青加铺层温度应力分析  59-68
    4.2.1 周期变温下温度应力分析  59-67
      4.2.1.1 加铺层厚度的影响  61-62
      4.2.1.2 大气日温差的影响  62
      4.2.1.3 日平均气温的影响  62
      4.2.1.4 太阳辐射的影响  62
      4.2.1.5 风速的影响  62
      4.2.1.6 日照时间的影响  62-64
      4.2.1.7 加铺层材料热膨胀系数的影响  64-65
      4.2.1.8 旧路裂缝对加铺层温度应力的影响  65-67
    4.2.2 持续降温下温度应力分析  67-68
      4.2.2.1 降温幅度对温度应力的影响  68
      4.2.2.2 初始温度对温度应力的影响  68
  4.3 沥青加铺层耦合应力分析  68-73
    4.3.1 温度变化幅度对耦合应力的影响  71
    4.3.2 初始温度对耦合应力的影响  71-72
    4.3.3 加铺层厚度对耦合应力的影响  72
    4.3.4 裂缝宽度对耦合应力的影响  72
    4.3.5 裂缝深度对耦合应力的影响  72-73
  4.4 本章小结  73-74
第5章旧沥青路面加铺防裂措施力学分析  74-90
  5.1 防裂措施及力学机理简介  74-75
    5.1.1 应力吸收层  74
    5.1.2 碎石过渡层  74-75
    5.1.3 土工合成材料夹层  75
  5.2 应力吸收层对应力的影响分析  75-81
    5.2.1 应力吸收层对荷载应力的影响分析  75-78
    5.2.2 应力吸收层对温度应力的影响分析  78-80
    5.2.3 应力吸收层对耦合应力的影响分析  80-81
  5.3 碎石过渡层对应力的影响分析  81-85
    5.3.1 碎石过渡层对荷载应力的影响分析  82-83
    5.3.2 碎石过渡层对温度应力的影响分析  83-84
    5.3.3 碎石过渡层对耦合应力的影响分析  84-85
  5.4 土工合成材料对应力的影响分析  85-88
    5.4.1 土工合成材料对荷载应力的影响分析  86-87
    5.4.2 土工合成材料对温度应力的影响分析  87-88
    5.4.3 土工合成材料对耦合应力的影响分析  88
  5.5 本章小结  88-90
结论  90-92
参考文献  92-96
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  96-97
致谢  97

旧沥青路面加铺力学分析及防裂措施研究

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