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原文传递长江隧道沥青路面结构与材料功能一体化研究

论文题名：	长江隧道沥青路面结构与材料功能一体化研究
关键词：	隧道沥青路面;复合材料;路面结构层厚;阻燃性能;温度应力;抗车辙性能;大纵坡路面;功能一体化
摘要：	大型跨江海隧道沥青路面使用性能不仅要满足抗滑、耐磨、抗疲劳性能的要求,更应强调其阻燃、抗车辙性能。因此,要获得高质量的高速公路越江隧道路面,就必须对路面材料和结构依据具体的气候、交通量、地质等开展针对性的研究,科学选材、精心设计路面结构,最大限度的降低路面的破坏,达到预期的使用效果,以满足设计使用年限的要求。沥青路面功能一体化的研究主要思想是解决沥青路面结构和材料设计脱节的问题,使沥青路面功能使用性(抗车辙性能,抗疲劳性能,路面结构阻燃性能)和路面材料设计性能(阻燃,抗滑,降噪)两方面同时达到最优。因此,开展大型跨江海隧道沥青路面的结构和材料功能一体化的研究具有重要的理论和实际意义。　　本论文以国家863课题“抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面结构设计与铺装技术”为依托,以武汉长江隧道为背景,以武汉长江隧道新型沥青路面材料(AFNA)为研究对象,以抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面材料的性能指标、交通量、坡度等因素为依据,采用抗滑、阻燃、降噪多功能隧道沥青材料为面层,以隧道钢筋混凝土结构路面板为基层,拟定隧道路面结构组合形式,采用弹性层状体系理论和有限元分析方法确定结构层厚度,进行层间结合状态对隧道路面的抗车辙、抗疲劳和阻燃性能等指标的影响分析,通过技术经济比较,提出多功能隧道路面典型结构,获得理想的效果。本文通过系统的研究,取得的研究成果和创新点如下: 　　 1.通过对隧道路面沥青材料AFNA、SMA和AC-13进行火灾温度场模拟分析,得出相同条件下多孔沥青AFNA路面材料的实际燃烧当量远小于其它两种沥青材料,AFNA沥青路面具有较好的阻燃性能。　　 2.基于传热学原理,分析长江隧道路面各结构层从上到下的温度受昼夜温差的影响规律,探索在温度荷载作用下路面结构破坏的机理。确定路面各结构层温度和温度应力随着环境气温的升高和降低形成的周期性变化规律。得出随着路面结构应变能力急剧降低,路面材料有可能达到其极限强度而出现破坏并对沥青下面层结构应力影响最大,最大交变温度应力可达3MPa。　　 3.运用弹性层状理论和有限元方法分析不同基层条件对隧道路面结构的车辙深度的影响,确定在相同循环车载作用下,AFNA沥青路面材料抗车辙性能优于SMA-13沥青路面材料。得出上面层结构厚度成为影响路面结构车辙深度的主要因素之一,而下面层厚度对车辙影响较小,武汉长江隧道选用的现有沥青路面设计能有效提高路面结构的整体抗车辙性能。分析关键影响因素对沥青混合料疲劳性能的影响规律,得到不同疲劳试验过程中沥青混合料疲劳演化规律。　　 4.综合考虑隧道路面上下面层弹性模量的变化对路面弯层和弯拉应力的影响,提出沥青路面上面层弹性模量不应小于800MPa,下面层弹性模量不应小于2000MPa。根据隧道路面上面层选用大孔隙、低模量的新型复合沥青路面材料和经济效益,沥青面层厚度选取4+5cm较为合理。
作者：	赵志斌
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘沐宇
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文