【摘要】：高寒地區(qū)在我國(guó)分布廣泛,具有高海拔、低氣溫、大溫差、多日照、強(qiáng)輻射的氣候特征,自然條件惡劣,同時(shí)己建成投入運(yùn)營(yíng)的高寒地區(qū)瀝青路面病害嚴(yán)重,高寒地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的合理選擇至關(guān)重要。既有高寒地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的分析尚欠全面,多未考慮粒料及土基的非線性,亦未充分結(jié)合環(huán)境、氣候特征開(kāi)展輪載作用下疲勞開(kāi)裂、永久變形的損傷分析。本文在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀全面調(diào)研的基礎(chǔ)上,利用非線性有限元法、彈性層狀體系理論等,主要開(kāi)展了如下工作:(1)介紹了在國(guó)際上瀝青路面結(jié)構(gòu)分析發(fā)展歷程中占據(jù)重要地位的軸對(duì)稱(chēng)非線性有限元軟件MichPave(MFPDS之力學(xué)分析模塊),包括其本構(gòu)模型、自重應(yīng)力與側(cè)向應(yīng)力、邊界條件、網(wǎng)格剖分、應(yīng)力修正與收斂準(zhǔn)則、非線性層等效回彈模量及疲勞壽命與車(chē)轍深度預(yù)估等,為后續(xù)開(kāi)展高寒地區(qū)瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析奠定了基礎(chǔ);(2)介紹了在國(guó)際上瀝青路面結(jié)構(gòu)分析發(fā)展歷程中占據(jù)重要地位的彈性層狀體系理論軟件KENLAYER(KENPAVE之柔性路面分析模塊),包括多輪荷載的迭加、粘彈性分析、非線性分析和損傷分析等,從而為后續(xù)開(kāi)展高寒地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)損傷分析奠定了基礎(chǔ);(3)基于半剛性、夾層式、全厚式、倒裝式四種典型高寒地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu),考慮倒裝式結(jié)構(gòu)級(jí)配碎石和四種結(jié)構(gòu)土基的非線性,利用MFPDS軟件建立了受輪載作用的軸對(duì)稱(chēng)非線性有限元模型,分析了這四種結(jié)構(gòu)受荷載作用下的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)響應(yīng),橫向比較了其路用性能優(yōu)劣;(4)考慮瀝青面層的粘彈性、級(jí)配碎石和土基的非線性及輪載的移動(dòng)性,運(yùn)用KENPAVE軟件,建立了基于彈性層狀體系理論的半剛性、夾層式、全厚式、倒裝式四種瀝青路面結(jié)構(gòu)輪致?lián)p傷分析模型,分別從疲勞開(kāi)裂和永久變形兩種損傷模式出發(fā),開(kāi)展了一年春夏秋冬四個(gè)時(shí)期、一個(gè)荷載組的損傷分析,討論了路面溫度、土基春融對(duì)損傷規(guī)律的影響,明確了路面控制損傷模式及損傷程度,橫向比較了四種結(jié)構(gòu)的損傷規(guī)律;(5)綜合力學(xué)響應(yīng)和損傷分析的結(jié)果,評(píng)析了高寒地區(qū)典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性,提出了高寒地區(qū)適宜的瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的相關(guān)建議。
[Abstract]:Alpine region is widely distributed in our country. It has the climatic characteristics of high altitude, low temperature, big temperature difference, many sunshine, strong radiation, bad natural conditions, and the asphalt pavement in the alpine area, which has already been built and put into operation, is seriously damaged. The reasonable choice of asphalt pavement structure combination design in cold area is very important. The analysis of the mechanical response of asphalt pavement structure in alpine area is still incomplete, and the nonlinearity of granular material and soil foundation is not considered, nor is it fully combined with the environment, so the damage analysis of fatigue cracking and permanent deformation under wheel loading is carried out by climatic characteristics. In this paper, based on the comprehensive investigation at home and abroad, the nonlinear finite element method and the theory of elastic layered system are used. The main works are as follows: (1) the mechanical analysis module of axisymmetric nonlinear finite element software MichPave (MFPDS, which plays an important role in the development of asphalt pavement structure analysis, is introduced, including its constitutive model. Self-gravity stress and lateral stress, boundary condition, mesh division, stress correction and convergence criterion, equivalent resilience modulus of nonlinear layer, fatigue life and rutting depth prediction, etc. It lays a foundation for further analysis of mechanical response of asphalt pavement in alpine area. (2) the flexible pavement analysis module of elastic layered system software KENLAYER (KENPAVE, which plays an important role in the development of asphalt pavement structure analysis, is introduced, including the superposition of multi-wheel loads and viscoelastic analysis. The nonlinear analysis and damage analysis lay a foundation for the subsequent analysis of asphalt pavement structure damage in alpine area. (3) based on four typical asphalt pavement structures in high and cold region, including semi-rigid, sandwich, full thickness and inverted type, the nonlinearity of graded crushed stone and four kinds of structure soil foundation are considered. The axisymmetric nonlinear finite element model is established by using MFPDS software. The displacement, stress, strain and other mechanical responses of the four structures under load are analyzed, and the road performance is compared. (4) considering the viscoelasticity of asphalt surface, the nonlinearity of graded macadam and soil foundation and the mobility of wheel load, a semi-rigid, sandwich and full thickness formula based on the theory of elastic layered system is established by using KENPAVE software. Based on the two damage modes of fatigue cracking and permanent deformation, the damage analysis of a load group is carried out in four periods of spring, summer, autumn and winter, and the pavement temperature is discussed. The influence of spring melting of soil foundation on the damage law, the damage mode and damage degree of pavement control are defined, and the damage laws of four structures are compared horizontally. (5) synthesizing the results of mechanical response and damage analysis, the adaptability of typical asphalt pavement structure in alpine area is evaluated, and the relevant suggestions for the suitable combination design of asphalt pavement structure in alpine area are put forward.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U416.217

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2396250