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原文传递山区公路长大纵坡段沥青路面结构疲劳损伤研究

论文题名：	山区公路长大纵坡段沥青路面结构疲劳损伤研究
关键词：	沥青路面;疲劳损伤;结构力学;温度场
摘要：	在中国山区公路的建设中，由于受到地形以及公路成本的限制，不可避免地存在许多长大纵坡路段，部分路段纵坡坡长和坡度甚至超出了现有的公路工程技术标准中规定的最大值。与一般公路相比，车辆在山区公路沥青路面长大纵坡路段的行驶速度较低，当存在超载现象时，爬坡速度将会急剧下降，易导致路面出现早期损坏，因此宜对这种路段进行特殊设计。鉴于以后中国在公路的规划建设中会面临更多的山区公路，本文采用理论分析手段，系统地分析了不同因素影响下的山区公路长大纵坡路段沥青路面结构力学响应及疲劳损伤。　　首先，对重庆市国省干线公路的交通组成及轴载分布特征进行分析，确定以115型（4轴）东风大力神重卡(DFL3310A22)自卸车作为本文的典型重载车辆。根据汽车行驶理论，绘制出其的动力特性图，并分析了不同因素对典型重载车辆爬坡速度的影响。结果表明坡度i越大，装载率P越大，海拔H越高，重载车辆在长大纵坡上的行驶速度下降越快，平衡速度Vp和达到平衡速度所需的坡长也越小。同时还建立了坡度、装载率和海拔高度关于平衡速度的预测公式，得到了坡度对平衡速度影响最大，装载率其次，海拔高度影响最小的结果。　　其次，对轮胎-路面接触特征研究现状进行总结，深入研究轮胎与路面之间的接地形状和接地压力，根据等效面积法并考虑到有限元建模的便捷性以及由于网格划分过密可能导致不收敛的情况，得到了适合建立轮胎接地模型的简化形式。同时对非均布荷载作用下的路面结构应力应变进行力学响应分析，得到了各力学指标的最不利计算点位。　　然后，在考虑典型路面温度场工况下，选取了Brown法作为沥青混合料动态模量计算方法，结合长大纵坡段重载车辆的爬坡速度变化特征和轮胎接地图式，着重对影响因素与力学响应指标之间的关系进行研究。结果表明:无机结合料稳定基层的沥青层拉应变峰值由低温条件时的沥青层层底向上移动到高温条件下沥青层7cm～8cm深度范围内，能够更好地防止重载作用下的剪切变形，对路面结构的整体抗车辙性能更加有利;粒料类基层沥青层层底则更容易发生疲劳开裂，中上部结构更容易产生剪切型车辙病害;坡度对于应力的影响要小于对应变的影响。较厚的沥青层能改善基层开裂、路基永久变形以及沥青层的疲劳开裂和抗剪破坏;基层厚度增加可降低基层层底拉应力及路基项面竖向压应变;基层模量损耗越大，将会导致沥青层底部开始出现拉应力，沥青层最大拉应变位置则由沥青层中部向层底转移，对沥青层疲劳和剪切破坏不利。　　最后，统计了全年实测沥青路面温度场数据，将日温度场变化分为两个阶段并分别给出了预估公式，然后根据Miner疲劳法则对每小时及整月的疲劳损伤进行累计，并在此基础上研究了不同因素作用下，高温月份山区公路长大纵坡段沥青路面结构的疲劳损伤变化规律。结果表明:坡度、装载率、海拔的增加均会导致路面结构出现较大的疲劳损伤，无机结合料稳定基层和粒料类基层应分别注意路面结构中上部和沥青层底部的损伤值大小，并在分析中发现疲劳损伤结果较拉应变响应更能反应实际路面的疲劳破坏特点。在对长大纵坡段沥青路面结构进行设计或大中修改造时，在不考虑标高受限的条件下，可适当增加粒料类基层沥青层厚度和基层厚度，提高两种结构下面层模量，减小无机结合料稳定基层厚度和水泥掺量，以提高沥青层抵抗疲劳破坏的能力。
作者：	阮鹿鸣
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	邹晓翎;唐伯明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文