超载作用对冷再生沥青路面结构的影响及有限元分析

摘要

本文针对车辆超载现象的日益严重性和冷再生沥青路面使用的日益广泛性,参考有关规范和相关技术文献,通过有限元法模拟了冷再生沥青路面中的一种典型路面结构,根据各结构层的弹性模量、密度、泊松比等物理参数,使用移动荷载进行加载,对超载作用下各结构层尤其是冷再生层的动力特性进行对比分析并总结规律。
　　本文在绪论中介绍了冷再生沥青路面的国内外研究现状,并列出了本文的主要研究内容和创新点;第二章介绍了相关的力学理论,为后面的分析打好理论基础;第三章根据一种典型的冷再生路面结构和超载车辆接地面积及压强的计算建立有限元模型;第四章具体分析了标准轴载时移动荷载作用下冷再生沥青路面各结构层的各向动位移、动应力、动应变、水平动剪应力和横向动剪应力的动力响应;第五章的第一节,对不同超载率作用下冷再生沥青路面各结构层的动力响应进行了对比分析,得出超载对路面结构损伤的程度比在正常荷载作用下大得多,因此在部分特殊地区(比如采矿区)的冷再生沥青路面设计中,有必要考虑车辆的超载因素,否则,容易使路面结构提前遭到破坏,过早进入维修期。第五章的第二节,分别对不同超载率、不同冷再生层层厚作用下冷再生沥青路面各结构层的动力响应进行了对比分析,建议在此种结构下冷再生层层厚取20~25cm为宜,此时能够在确保路面性能的基础上节约材料,减少工程造价。第五章的第三节,选取冷再生层层厚为15cm,对不同超载率、不同行车速度作用时冷再生沥青路面各结构层的动力响应进行了对比分析,根据分析结果得出,从车速提高使车辆的移动荷载对路面任一点的作用时间变短这个角度来说,车速的提高是有利于路面的,从实际道路表面不平整、路面有积水或积雪、车辆行驶过程中制动、转弯等偶然因素作用的情况下来说,车速增加使路面冲击动力增大,对路面结构极为不利,建议对车辆限速。
　　最终结果表明,冷再生沥青路面具有良好的强度可以保证路面具有较高的承载力,满足一般的路用性能要求。但是超载作用对冷再生沥青路面的影响是巨大的,在交通管理中,应该对超载车辆进行严格的控制,以保证路面具有较好的行驶质量和较长的使用寿命。本文为实践中冷再生技术的设计、施工提供了科学依据。

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2超载运输对沥青路面使用寿命的影响及危害

1.3沥青路面冷再生技术简介

1.4冷再生沥青路面的国内外研究现状

1.5研究目的和技术路线

1.6主要研究内容及创新点

第二章沥青路面力学理论

2.1路面力学计算理论

2.2相关的有限元理论

第三章有限元模型的建立

3.1计算参数的确定

3.2路面结构模型的建立

3.3用到的单元及加载条件的设置

3.4本章小结

第四章标准轴载作用下冷再生沥青路面的力学响应

4.1标准轴载作用下路面的垂直动位移

4.2标准轴载作用下路面的动应力

4.3标准轴载作用下路面的动应变

4.4标准轴载作用下路面的动剪应力

4.5本章小结

第五章超载作用对冷再生沥青路面的力学影响

5.1不同超载率下冷再生沥青路面的力学响应

5.2不同超载率下冷再生层层厚对路面的力学影响

5.3不同超载率下车速对路面的力学影响

主要结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢