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《大连理工大学》 2010年
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沥青混凝土桥面铺装车辙问题的模拟与分析

张磊  
【摘要】: 钢筋混凝土公路桥梁在我国的交通运输事业中有着举足轻重的位置,是我国经济高速发展的重要保障之一。尤其是近年来高速公路的迅猛发展,使得钢筋混凝土公路桥梁得到了更加广泛的应用。但是在运营过程中,沥青混凝土桥面铺装层经常发生早期破坏,严重影响了桥梁的通行速度和服务质量。由于桥梁的特殊性和维修的复杂性,桥面铺装的车辙问题会带来严重的经济损失和不良的社会效应,是工程界亟待解决的问题之一。 沥青混凝土桥面铺装层的工作环境非常复杂,既包括工作温度随时间和空间的动态分布,又包括受荷条件与沥青路面的巨大差别,同时还要受到其他各种环境因素的综合作用,这些都为从理论上分析桥面铺装的工作状态带来困难。本文将分析的重点集中在桥面铺装的车辙发展规律上,希望通过非线性有限元模拟、耗散能理论分析找出沥青混凝土桥面铺装发生车辙破坏的规律性,探索一种适合于工程应用的考虑永久变形的桥面铺装设计方法。 本文首先分析了影响桥面铺装温度状态的诸多因素,从而建立有限元模型,模拟计算出桥面铺装体系随时间变化的温度分布情况;在此基础之上,选择合理的沥青混合料粘弹塑性模型,利用非线性有限元方法模拟了标准轴载作用下的桥面铺装车辙发展情况,并从车辙深度及构成等角度分析了车辙发展的规律,并探究了横向加载位置、车辆超载及行车速度等因素对车辙深度的影响;随后,从能量原理的角度入手,分析了车辙发展过程中桥面铺装体系内的能量流动,从而以耗散能为依据,分析验证了桥面铺装车辙发展的规律性;最后,结合国内外已有的沥青路面设计方法,兼顾桥面铺装的特殊性,将永久变形指标考虑到了桥面铺装的设计方法中。 通过本文的研究发现,车辙发展前期沥青混凝土以竖向压密为主,后期则以水平流动变形为主;在双沥青层铺装体系中,车辙主要发生在下面层并与竖向蠕变应变保持良好的相关性;在车辙发展过程中,能量通过混合料的塑性流动和裂纹发展而耗散,通过耗散能原理分析可以得到与有限元法相类似的车辙发展规律。 本文对沥青混凝土桥面铺装车辙问题的分析,进一步揭示了桥面铺装车辙破坏的过程和本质,更加深入地认识了沥青铺装层的高温特性,同时为利用耗散能原理分析车辙问题探索了一条新的途径。对考虑永久变形的桥面铺装设计方法,可作为桥面铺装结构设计方法的一种新的尝试。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U443.33

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