[硕士]长寿命沥青路面力学分析与优化

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内容简介

　　[硕士]长寿命沥青路面力学分析与优化　　学科专业:工程力学　　授予学位：硕士 　　学位授予单位：上海大学　　学位年度：2007　　 长寿命沥青路面(Long-Life Asphalt Pavement)是当前世界各国沥青路面最热门的研究内容。其本质是通过增加道路的初期投资，降低道路寿命周期内的维修、交通延误、交通事故等费用，以提高道路的通行和服务能力。借鉴国外长寿命沥青路面实践经验，提出基于长寿命路面设计理念的设计方法，是解决我国路面破坏的有效途径。本论文着手于路面材料选择、力学性能的测试、行车状态下路面的仿真力学分析、以及路面结构的优化研究，研究结果有利于延长我国高等级公路的使用寿命。　　 首先，在路面材料的选择上，通过相关的试验，将中海油的AH-30硬质沥青与欧洲(CEN ).美国(AASHTO).澳大利亚、英国(BS)等同级别的硬质沥青标准进行了对比，结果发现:AH-30具有良好的性能指标。之后，在优选矿料的基础上，选取了SAC配合比设计方法，并通过相关的检验方案进行细部调整。在填料的选取上，本文采用了海螺 P.O 32.5级水泥代替了全部的矿粉，改善了路面材料的水稳定性。　　 其次，对SAC系列沥青混合料进行了材料性能的测试。结果发现:硬质沥青AH-30在与SAC骨架密实级配(4.75mm筛孔通过率为30%)的共同作用下，动稳定度能够达到3000次以上，大大超出了以往基质沥青混凝土:同时当填料完全采用32.5级普通硅酸盐水泥，抗水损害能力也相应得到提高，TSR值基本在85%以上。室内试验表明，同样的SAC结构，AH-30沥青具有更好的动稳定度，它可有效提高路面的抗高温稳定性能。另外，本文还测定SAC系列沥青混凝上的静态、动态模量，并通过数学回归的方法，得出相应的疲劳曲线，为路面结构的优化提供了所需的参数。　　 第三，采用有限元法对行车状态下的路面力学行为进行了仿真。考虑最不利路面载荷作用的情况，即车辆在刹车过程中，路面结构中应力的变化情况。结果表明:在城市道路交叉口、停车站等地，由于路面局部抗力不足，容易导致的道路表面初期破坏。因此，在城市道路的设计中，有必要考虑剪应力的设计控制指标。　　 第四，本文还对路面结构优化进行了研究。结合试验部分的测定参数，借助于正交分析的试验方法，确定试验方案，通过BISAR的数值计算，得出了沥青路面设计指标随着路面参数(各层模量、厚度)的变化趋势，并以此作为定性的分析。结果表明:土基模量的变化对于路面结构承载能力的影响十分显著;基层厚度也是影响路表最大弯沉值、层底最大弯拉应力的重要因素，一定厚度的基层起到扩散荷载的作用;中下面层混凝土模量的增加能显著减小沥青面层的弯拉应变。　　 最后，借助遗传算法，结合其全域性搜索最优解的特点，建立相关的优化模型，编制了基于路用性能的路面优化程序。路面优化实例的计算结果，验证了正交分析中的相关结论。作为了一种定量分析方法，它为日后的长寿命沥青路面设计方案提供了一套通用程序。

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