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《河北工业大学》 2016年
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高速公路沥青路面大中修技术体系研究

张海峰  
【摘要】:沥青路面是我国高速公路采用的主要形式,随着早期建设的高速公路相继达到使用寿命,许多高速公路陆续进入大中修时期,高速公路沥青路面大中修已经成为一个重要课题。越来越多的高速公路进入大中修,任务异常繁重,可是目前大中修方案的提出缺乏理论依据,方案的确定主观性强,没有完善的大中修工程成套技术体系,也没有专门针对大中修工程的设计和施工规范。因而对高速公路沥青路面大中修技术体系研究对完善大中修技术,提高大中修工程技术和管理水平具有重要意义。首先,论文从国内典型高速公路的交通量、轴载组成、结构形式、病害类型和路面技术状况检测数据等方面进行深入研究,确定高速公路大中修的典型结构,研究路面检测数据抽样规模和检测周期对路面使用性能的影响。引入路面结构可靠度指标,依据路面结构可靠度水平确定高速公路大中修时机,本文将高速公路可靠度划分为优、良、中、次、差5个等级作为划分高速公路大中修时机的依据。其次,借助安定理论分析高速公路典型大中修结构在不同的沥青层厚度、结构层模量下路面结构的指标对路面结构极限荷载的不同影响,建立路面大中修结构材料的屈服准则,应用ANSYS模拟高速公路路面大中修结构在循环荷载反复作用下达到塑性破坏时的安定极限荷载。整体上看,路面结构层厚度对大中修结构安定极限荷载的影响大于模量的影响,利用铣刨旧料作为大中修结构层对结构安定极限荷载的影响大于其他结构层。高速公路存在三种主要损坏模式:疲劳开裂、车辙、路面结构强度。其中引起疲劳开裂的主要因素是结构层层底的拉应力超过材料容许拉应力导致疲劳开裂;车辙则是因为材料剪应力过大,导致材料产生变形;路面结构强度则是表征路面结构承载力的主要指标。以大中修路面结构满足这三项因素为出发点提出了三项设计控制指标:路表弯沉、结构层层底拉应力、层间最大剪应力。利用基于响应面的方法分析高速公路沥青路面的设计指标对结构的影响,在原结构充分利用的条件下对结构进行优化,对典型大中修结构设计参数与设计指标之间的关系进行拟合,得出响应面优化回归方程。最后,针对施工层间连续性问题提出了基层异步连续摊铺施工技术,对适合高速公路施工的施工工艺进行深入研究,通过试验路铺筑及经济效果分析,表明异步连续摊铺施工技术可以有效分配人员、技术和材料,延长路面使用寿命及显著降低循环使用成本。
【关键词】:高速公路 大中修 技术体系 安定理论 结构优化 异步连续摊铺
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U418.6
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-10
  • 第一章 绪论10-19
  • 1.1 研究背景及意义10-12
  • 1.1.1 研究背景10-11
  • 1.1.2 课题研究的意义11-12
  • 1.2 国内外研究现状12-16
  • 1.2.1 国外研究现状12-13
  • 1.2.2 国内研究现状13-16
  • 1.3 研究内容和创新点16-18
  • 1.3.1 主要研究内容16-17
  • 1.3.2 创新点17-18
  • 1.4 研究技术路线18-19
  • 第二章 高速公路轴载组成及路面结构状况调查分析19-37
  • 2.1 高速公路交通量及轴载调查19-23
  • 2.1.1 高速公路交通量调查19-20
  • 2.1.2 高速公路轴载组成调查20-23
  • 2.2 高速公路沥青路面结构特点分析23-28
  • 2.2.1 高速公路结构特征23-27
  • 2.2.2 高速公路路面材料特征27-28
  • 2.3 高速公路沥青路面病害及结构参数调查28-35
  • 2.3.1 高速公路路面病害的检测28-30
  • 2.3.2 高速公路路面结构层厚度的调查30-33
  • 2.3.3 路面结构层模量的检测与反演技术33-34
  • 2.3.4 路面结构层间状态的检测34-35
  • 2.4 本章小结35-37
  • 第三章 高速公路性能检测方法对大中修决策的影响研究37-55
  • 3.1 抽样规模对路面使用性能的影响37-43
  • 3.1.1 路况检测的抽样方法37-38
  • 3.1.2 不同抽样距离下检测结果可靠性分析38-41
  • 3.1.3 不同使用时期检测结果可靠性评估41-43
  • 3.2 路面使用性能影响因素43-52
  • 3.2.1 检测数据对路面性能预测的影响47-49
  • 3.2.2 检测周期对路面性能预测的影响49-50
  • 3.2.3 检测周期对路面寿命预测影响50-52
  • 3.3 路面性能合理检测周期研究52-54
  • 3.4 本章小结54-55
  • 第四章 基于可靠度的高速公路大中修时机确定方法研究55-73
  • 4.1 沥青路面结构可靠性分析的基本原理55-60
  • 4.1.1 沥青路面结构可靠度的定义55-56
  • 4.1.2 沥青路面结构的极限状态56-57
  • 4.1.3 沥青路面结构的可靠度分析模型57-60
  • 4.2 基于有限元的路面结构可靠性计算方法60-64
  • 4.3 基于三维有限元的沥青路面结构可靠性分析64-69
  • 4.3.1 高速公路沥青路面结构可靠度计算模型64-66
  • 4.3.2 沥青路面可靠度影响因素66-69
  • 4.4 基于可靠性的沥青路面结构大中修时机确定69-72
  • 4.4.1 高速公路沥青路面可靠度衰变规律研究69-71
  • 4.4.2 高速公路大中修时机选择71-72
  • 4.5 本章小结72-73
  • 第五章 基于安定理论的沥青路面大中修结构极限荷载分析研究73-101
  • 5.1 沥青路面大中修结构安定分析73-81
  • 5.1.1 静力安定定理73-75
  • 5.1.2 路面结构的屈服准则75-78
  • 5.1.3 基于安定理论的路面结构分析模型78-81
  • 5.2 高速公路大中修结构形式及其仿真模型81-83
  • 5.2.1 高速公路大中修结构形式81-82
  • 5.2.2 高速公路大中修结构仿真模型82-83
  • 5.3 沥青路面大中修结构极限荷载分析83-100
  • 5.3.1 中修养护结构安定极限荷载分析83-85
  • 5.3.2 功能性大修结构安定极限荷载分析85-91
  • 5.3.3 结构性大修结构安定极限荷载分析91-100
  • 5.4 本章小结100-101
  • 第六章 基于响应面的高速公路沥青路面大修结构优化研究101-121
  • 6.1 高速公路设计指标确定101-104
  • 6.1.1 疲劳开裂101-102
  • 6.1.2 剪应力102-103
  • 6.1.3 路表回弹弯沉103-104
  • 6.2 高速公路大修结构形式力学分析104-115
  • 6.2.1 结构层厚度对大修结构力学指标的影响104-109
  • 6.2.2 结构层模量对大修结构力学指标的影响109-115
  • 6.3 路面大修结构参数优化响应模型115-120
  • 6.3.1 大修结构层厚度设计指标的响应模型115-117
  • 6.3.2 大修结构层模量设计指标的响应模型117-120
  • 6.4 本章小结120-121
  • 第七章 高速公路沥青路面异步连续摊铺施工技术研究121-138
  • 7.1 基于层间连续性的半刚性基层异步连续摊铺技术121-123
  • 7.1.1 传统半刚性基层路面施工存在的问题121-122
  • 7.1.2 异步连续摊铺技术的概念及优点122-123
  • 7.2 基于层间连续性的异步连续摊铺技术合理性研究123-125
  • 7.3 大中修工程实例及经济效益分析125-136
  • 7.3.1 大中修工程实例分析125-133
  • 7.3.2 全寿命周期经济效益133-136
  • 7.4 本章小结136-138
  • 第八章 结论与展望138-141
  • 8.1 主要研究结论138-140
  • 8.2 存在的主要问题与建议140-141
  • 参考文献141-146
  • 攻读学位期间所取得的相关科研成果146-148
  • 致谢148

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