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水热力耦合作用下沥青路面力学响应分析及结构性能研究
| 论文题名： | 水热力耦合作用下沥青路面力学响应分析及结构性能研究 |
| 关键词： | 公路气候分区;水热力耦合;沥青路面结构;力学响应;结构设计优化 |
| 摘要： | 内蒙古自治区地势独特，呈东西斜伸走势，公路气候空间分布差异显著，在公路设计、建养过程中缺乏对公路气候环境的综合考量，公路气候分布特点的研究有待细化完善，另外，在内蒙古复杂恶劣的气候环境及交通条件下，路面结构早期病害频发，这与路面结构设计不尽合理有着必要联系。基于以上问题，本文进行了多物理场耦合作用下内蒙古沥青路面力学响应分析及性能研究，主要研究内容如下： 首先，统计整理内蒙古近10年的公路气候数据，根据路面病害状况，确定主要气候影响因素，提出了7个公路气候区划评价指标，并利用Arcgis软件对其空间化插值处理，分析各评价指标在内蒙古自治区的空间分布规律。进一步，结合SPSS聚类分析，展开内蒙古公路气候区划研究，确定了内蒙古沥青路面及路基结构的分区指标体系以及分区方案，绘制气候区划图，总结沥青路面及路基结构的主要气候影响因素、影响程度及易发性病害的空间分布特点，为合理的设计公路结构类型及筑路材料的选用提供了理论支撑。 其次，通过COMSOL软件，建立内蒙古典型沥青路面结构在连续变温条件下的有限元模型，探究路面结构温度场及温度应力的响应状态，发现路面结构在冬季所受的温度应力约为夏季的2~3倍，且温度场的作用加剧了结构层拉压交替变化，加速路面疲劳开裂病害的产生。进一步的，开展温度-渗流-应力共同作用下的沥青路面力学响应计算，分析可知，水分的饱和渗流作用，会导致沥青路面结构层的水平应力、水平应变峰值增大，且拉压交替变化的波动更为剧烈，同时，孔隙水压的正、负交替变化会形成“泵吸”效应，削弱沥青混合料的粘聚力，因此，在路面结构力学分析时考虑环境-荷载耦合效应是十分必要的。 最后，基于内蒙古各地区公路气候环境数据，计算内蒙古不同地区路面结构力学响应，对各典型力学指标响应结果进行空间插值处理，探究极端气候条件下路面响应规律的空间差异性，并结合沥青路面性能预估理论，计算分析内蒙古不同地区的路面长期使用性能，明确了路面使用性能的空间差异性，研究结果也验证了所提出的内蒙古公路气候评价指标及气候区划划分的合理性。进一步，针对内蒙古自治区典型路面结构，通过正交试验方法，分析各因素对路面使用寿命的影响程度，确定最佳结构层厚度设计范围。 |
| 作者： | 赵楷文 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 董泽蛟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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