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长大纵坡路段沥青路面行为和混合料设计研究
| 论文题名： | 长大纵坡路段沥青路面行为和混合料设计研究 |
| 关键词： | 高速公路;沥青路面;混合料;有限元法;剪切应力 |
| 摘要： | 在山区高速公路的路线设计中，无法避免的长大纵坡不仅对车辆的行车安全和道路的通行能力产生极大影响，也导致沥青路面产生相当严重的车辙和推移等病害，这已成为高速公路在山区发展的“瓶颈”。开展对长大纵坡路段的沥青路面破坏行为分析，研究适用于长大纵坡的沥青混合料设计方法，不仅必要而且十分迫切。 在长大纵坡路段，车辆行驶速度低、车速变化大、加速制动频繁，沥青路面的应力应变特性与行车荷载、纵坡大小以及温度有很大关系。本文通过手工和自动两种方式对沥青路面温度进行实际测量，研究了路表温度及路面面层内部的温度随气温的变化关系。通过分析认为，气候条件对大气温度及路面温度有很大影响；在高温期，路表温度变化基本与气温同步，随着路面深度的增加，温度变化的滞后性增大；低温期的温度波动幅度较小；给出了由气温推算路表温度和温度梯度的关系式。 本文利用有限元法研究了长大纵坡条件下行车速度、纵坡坡度等因素对沥青路面的剪切应力的影响，得出了长大纵坡沥青路面的上坡路段易产生车辙，而下坡路段常发生推移剪切破坏，并计算了长大纵坡路段的沥青路面面层应满足的剪应力最大值；由沥青混合料的粘弹塑性和高温受力特性，认为温度、车速、荷载是影响长大纵坡车辙变形的主要因素。 为了研究长大纵坡路段沥青混合料的抗剪性能，本文研发相应的剪切试验仪，通过室内试验系统分析了混合料类型、沥青类型、混合料空隙率等因素对抗剪性能的影响。结果认为，SMA混合料的抗剪性能要优于 AC混合料；粘度大的沥青混合料具有良好的抗剪切性能；公称最大粒径越大，抗剪性能有变大的趋势。依据长大纵坡沥青路面剪应力最大值与剪切试验结果的关系，推荐了基于剪切试验的混合料抗剪性能指标值，并认为在评价混合料高温性能时抗剪性能指标与其动稳定度互为补充，不能替代。 通过分析温度、车速和荷载等对沥青混合料的动稳定度的影响关系，用指数关系式回归了混合料的动稳定度、车辙深度与这三个因素的关系式，由此得出了不同试验条件下的沥青混合料动稳定度随各因素变化的指标值计算公式；按照混合料动稳定度的等效原则，推荐了沥青混合料动稳定度随各因素变化的综合指标值计算公式，进而可以得到适合于长大纵坡车速、荷载和温度条件的沥青面层不同层位的车辙指标值。 最后，在分析国内外沥青混合料设计方法的基础上，提出了适合于长大纵坡路段的沥青混合料设计方法，重点是应在分析长大纵坡的道路条件、交通条件和气候条件基础上，验证混合料的抗剪性能和特殊条件下的抗车辙指标。 |
| 作者： | 张宜洛 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王秉纲 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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