【博士】重载耐久性沥青路面结构设计研究【2005】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学交通运输工程学院　　学位年度： 2005年　　近年来，随着国民经济和公路交通事业的发展，运输车辆中大型货运车辆的比重不断增加，使我国公路普遍存在着车辆超载和超限的现象，导致了路面早期损坏，路面的使用寿命大大缩短，路面使用性能衰减加快，造成较大的经济损失和不良的社会影响。针对目前公路上严重的重载和超载现象，考虑路面耐久性设计，本文主要从以下几个方面进行研究：　　①路面结构的选择；②路面结构力学分析；③原材料的选用和确定；④重载沥青混合料组成设计研究：⑤重载沥青混合料抗剪性能研究；⑥重载沥青混合料抗车辙性能研究；⑦试验路的铺筑和观测。　　通过研究得出如下主要结论：　　①通过对国内外沥青路面结构的调研，在研究耐久性路面的结构组成和使用现状的基础上，结合我国国情推荐了典型耐久性路面结构形式；　　②对四种路面结构分别采用弹性层状理论体系在双圆均布荷载作用下和有限元法分析在矩形非均布荷载作用下的路面力学响应，得出二者的力学结果是有所差异的；从路表拉应力、同一深度(200mm)下面层拉应力、基层底拉应力以及最大剪应力四个方面分析了重载对路面的损坏机理，比较不同路面结构的优缺点：采用弹性层状理论计算了考虑车辆制动时产生的水平力对剪应力的影响，　　③提出了沥青结合料的选择依据，认为中面层和上面层应采用同一个高温等级；对上面层集料的选择和细集料压碎指标进行了探讨，提出了现有集料存在的问题和可采取的措施；　　④对重载和重载交通进行了界定；提出了重载沥青混合料的组成设计，以及当混合料空隙率不等于4．O％时，对马氏设计和旋转压实设计两种不同的方法分别提出了不同的修正公式；对Superpave混合料初始沥青用量预估方法进行评价和修正；提出了考虑VMA标准的混合料初始沥青用量预估方法，该方法适用于一般的密级配沥青混合料(不添加纤维)和SMA；对马氏设计和旋转压实两种设计方法分别提出了重载耐久性沥青混合料的技术标准。　　⑤用单轴贯入试验方法测定了SMA-13、Sup-19、Sup-25采用不同集料、不同沥青以及不同温度下的抗剪强度，对压实斜率K和混合料抗剪强度的关系进行了初步探讨；首次采用单轴贯入试验进行抗剪疲劳试验并进行剪切疲劳寿命的预估，提出了抗剪结构强度系数；采用三轴试验对SMA-13、Sup-19、Sup-25沥青混合料在不同温度下进行抗剪强度测试，并与单轴贯入试验进行比较：提出了沥青混合料抗剪设计方法；　　⑥采用轮辙试验仪对混合料的车辙发展规律进行了研究，提出了不同交通量情况下车辙深度标准和动稳定度标准；用APA对混合料的车辙发展规律进行了研究，提出了不同交通量情况下APA车辙深度标准，并对APA和轮辙试验二者之间建立了联系，初步的压实斜率K和混合料抗车辙性能进行探讨：对不同混合料类型在不同温度、不同恒定荷载下进行了单轴蠕变试验，研究了温度和不同成型压力对混合料永久变形的影响；　　⑦提出了“减少沥青用量，增强碾压”这一重载路面设计途径，通过不同成型压力下抗剪强度，剪切疲劳，动稳定度，APA车辙试验，单轴蠕变试验证明这一措施对应对重载下车辙的产生有显著效果。　　

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