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交通荷载作用下沥青路面数值模拟分析
| 论文题名： | 交通荷载作用下沥青路面数值模拟分析 |
| 关键词： | 有限元方法;半刚性基层;沥青路面;交通荷载;数值模拟 |
| 摘要： | 我国现行的路面设计规范以及常见的路面结构研究方法都是以弹性层状体系为基础，采用层间变形连续的假设，通过单次加载或者荷载累计作用时间等效的方法来模拟作用于路面结构的车辆荷载，开展相关路面结构研究工作。实际上，道路中行车荷载作用是移动的、长期的、变化的、不连续的，简单的单次加载或荷载累计作用无法反映出这些特点。同时，不同的路面结构层之间的接触状态并非完全连续，也非完全光滑，而是处于中间状态。理论分析与实际工程的这些差异将直接影响路面结构研究的结果。因此，本论文力图建立更能反映路面实际物理状态的精细化分析模型对路面结构展开研究。 论文采用ABAQUS通用有限元软件，以半刚性基层沥青路面为主要研究对象进行数值模拟，采取先普遍、后特殊的思路展开一系列分析。首先，通过建立温度预估模型计算连续高温环境下的半刚性基层沥青路面温度场，为后面的车辙预估模型提供环境温度数据。 接着，论文对行车荷载进行精细化处理，在建立荷载函数时考虑交通量和单次荷载强度的变化。建立二维轴对称车辙预估模型，采用与温度相关的蠕变本构模型描述沥青材料特性，将精细化处理后的荷载和前面计算得到的温度场作用于路面结构有限元模型中。通过多种工况模拟，分析车辙深度与交通量、轴载之间的关系以及半刚性基层沥青路面与沥青+水泥混凝土复合式路面的异同。 然后，针对损伤前后水泥稳定碎石的物理性质有较大差异的现象，对路面结构基层性能劣化展开分析。根据规范中的描述，用弹性模量的降低来反映水泥稳定碎石的性能劣化。建立二维轴对称模型，分析连续性周期荷载作用下水泥稳定碎石基层性能劣化过程中层状沥青路面结构受力和变形，并设计了轻、重轴载组合数值模拟试验分析了轴载变化对路面车辙的影响。 最后，建立三维有限元模型，考虑面层与基层、基层与底基层的界面的不同接触状态和基层反射裂缝的影响，在路表施加水平与竖直耦合作用的移动荷载，分析在不同接触状态下路面结构的弯沉、应力和裂缝张开量等指标的变化规律。 论文针对不同的研究对象和设计指标采用了三种不同的荷载函数，综合考虑了温度、材料性能以及接触状态等因素的影响，使模型更符合实际，得到更科学、可靠的计算结果，对路面结构的设计及维护提供理论基础和依据。 |
| 作者： | 林骋 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王金昌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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