柔性基层沥青路面的应用研究
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摘要
柔性基层沥青路面结构的破坏模式主要是面层一定厚度范围内的功能性破坏,在使用年限内不会产生结构性破坏,只需在表面层进行一定的预防性养护和罩面,这将极大解决传统半刚性基层导致的沥青路面的各种早期病害,特别是解决薄沥青层半刚性基层路面的结构耐久性差、使用寿命短的问题,避免大的结构性重建,而且在以后路面的修复中,柔性基层材料可以完全被利用,不但可以大大降低维修费用,节约能源,而且可以减少环境污染,体现了极大的经济效益和社会效益。
本文首先分析了柔性基层沥青路面结构的特点、国内外应用情况及其在长寿命路面结构中的应用,指出了柔性基层沥青路面结构具有较好的力学性能,并且在国外已经得到广泛的应用,最近几年在我国多个省市也得到了应用,值得进一步的研究。
然后,应用ANSYS有限元程序模拟了半刚性基层沥青路面结构、组合式沥青路面结构和柔性基层沥青路面结构在标准轴载下的力学响应,对比分析了三种路面结构的位移变形、平面应力分布、剪应力分布和竖向应变分布情况。
接着,通过分析沥青路面的主要破坏类型和国内外设计指标,应用Bisar3.0计算分析柔性路面结构在超载作用下的路表弯沉值、水平应力、应变、剪应力和路基顶面压应变,建立了柔性基层沥青路面结构的设计指标。
最后,根据建议的柔性基层沥青路面结构的设计指标,通过分别研究面层、基层的合理厚度,基层模量和土基模量对沥青面层层底拉应力、面层剪应力和路基顶面压应变的影响,研究了柔性基层沥青路面的合理结构。
为柔性基层沥青路面在我国的推广应用起到了一定的推进作用。
The main failure mode of asphalt pavement with flexible base is not structural damage but functional destruction in a special range, just needed preventive maintenance and overlaying in the surface over the useful life. This will greatly solve the premature fracture damage of traditional asphalt pavement with semi-rigid base, especially the poor durability and short service life problems, avoid big structural reconstruction. And flexible base materials could be fully utilized in the future repairmen, which not only can greatly reduce maintenance costs and save energy, but also can reduce environmental pollution, reflecting great economic benefits and social benefits.
This paper first analyzes the characteristics, domestic and foreign present application of the asphalt pavement structure with flexible base, and its application for permanent pavement structure. Point out that asphalt pavement structure with flexible base has good mechanical properties, has been widely used in abroad, and also been used in several domestic provinces recently. Deserve further study.
Then, using ANSYS finite element program analyze the mechanical response of asphalt pavement structure with flexible base, semi-rigid base and combined base. Analyze the displacement deformation, plane stress distribution, shear stress distribution and vertical strain distribution of these three asphalt pavement structures under the standard axle load.
Through the analysis of the major damage types and design index at home and abroad of the asphalt pavement, and the calculation and analysis of the deflection value, horizontal stress, strain and shear stress and compressive strain on the embankment top under the heavy-duty traffic, build the design index of asphalt pavement structure with flexible base.
Finally, according to the suggestion design index of asphalt pavement structure with flexible base, through study the reasonable thickness of road surface and flexible base, effect of mechanical response of pavement structure by the modulus of flexible base and by the modulus of subgrade. Study the appropriate structure of asphalt pavement with flexible base.
Play a certain boost for popularization and application of asphalt pavement structure with flexible base in our country.
本文首先分析了柔性基层沥青路面结构的特点、国内外应用情况及其在长寿命路面结构中的应用,指出了柔性基层沥青路面结构具有较好的力学性能,并且在国外已经得到广泛的应用,最近几年在我国多个省市也得到了应用,值得进一步的研究。
然后,应用ANSYS有限元程序模拟了半刚性基层沥青路面结构、组合式沥青路面结构和柔性基层沥青路面结构在标准轴载下的力学响应,对比分析了三种路面结构的位移变形、平面应力分布、剪应力分布和竖向应变分布情况。
接着,通过分析沥青路面的主要破坏类型和国内外设计指标,应用Bisar3.0计算分析柔性路面结构在超载作用下的路表弯沉值、水平应力、应变、剪应力和路基顶面压应变,建立了柔性基层沥青路面结构的设计指标。
最后,根据建议的柔性基层沥青路面结构的设计指标,通过分别研究面层、基层的合理厚度,基层模量和土基模量对沥青面层层底拉应力、面层剪应力和路基顶面压应变的影响,研究了柔性基层沥青路面的合理结构。
为柔性基层沥青路面在我国的推广应用起到了一定的推进作用。
The main failure mode of asphalt pavement with flexible base is not structural damage but functional destruction in a special range, just needed preventive maintenance and overlaying in the surface over the useful life. This will greatly solve the premature fracture damage of traditional asphalt pavement with semi-rigid base, especially the poor durability and short service life problems, avoid big structural reconstruction. And flexible base materials could be fully utilized in the future repairmen, which not only can greatly reduce maintenance costs and save energy, but also can reduce environmental pollution, reflecting great economic benefits and social benefits.
This paper first analyzes the characteristics, domestic and foreign present application of the asphalt pavement structure with flexible base, and its application for permanent pavement structure. Point out that asphalt pavement structure with flexible base has good mechanical properties, has been widely used in abroad, and also been used in several domestic provinces recently. Deserve further study.
Then, using ANSYS finite element program analyze the mechanical response of asphalt pavement structure with flexible base, semi-rigid base and combined base. Analyze the displacement deformation, plane stress distribution, shear stress distribution and vertical strain distribution of these three asphalt pavement structures under the standard axle load.
Through the analysis of the major damage types and design index at home and abroad of the asphalt pavement, and the calculation and analysis of the deflection value, horizontal stress, strain and shear stress and compressive strain on the embankment top under the heavy-duty traffic, build the design index of asphalt pavement structure with flexible base.
Finally, according to the suggestion design index of asphalt pavement structure with flexible base, through study the reasonable thickness of road surface and flexible base, effect of mechanical response of pavement structure by the modulus of flexible base and by the modulus of subgrade. Study the appropriate structure of asphalt pavement with flexible base.
Play a certain boost for popularization and application of asphalt pavement structure with flexible base in our country.
引文
1.王栋梁.高速公路沥青路面如下基层(沥青稳定碎石)的应用研究[D],河北：河北工业大学,2006
2.沈金安.高速公路沥青路面早期病害预防措施的研究[R].北京：交通部公路科研所,2004
3.王德蜜.长寿命沥青路面设计方法研究[D],西安：长安大学,2008
4.胡斌.沥青路面柔性基层(沥青稳定碎石)应用研究[D],西安：长安大学,2005
5.胡珊,任瑞波.具有柔性过渡层的沥青混凝土路面半刚性基层顶部温度状况的理论模拟[J],公路,2003(12)：62-65
6.何兆益,黄飞.碎石基层防止沥青路面反射裂缝结构的应用研究[J],华东公路,1997(104)：51-54
7.贾亮,朱彦鹏.柔性路面粒料基层抗剪性能分析[J],西安建筑科技大学学报(自然科学版),2009,41(5)：689-693
8.黄仰贤.路面分析与设计[M].余定远,齐诚,译.北京：人民交通出版社,1998：14-19
9.陈云章.柔性基层路面的研究与分析[J],黑龙江交通科技,2008,172(6)：33-33
10.王淑娟.关于柔性基层路面设计的研究[J].山西建筑,2008,34(20),278-279
11.王秀芳.沥青路面设计指标研究[D],西安：长安大学,2007
12.饶建成.半柔性基层沥青路面设计及力学响应分析[D],重庆：重庆交通大学,2008
13.邓学钧,黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京：人民交通出版社,2007：15-16
14.黄卫,钱振东.高等沥青路面设计理论与方法[M].北京：科学出版社,2001：3-4
15.张培森.车辆荷载作用下沥青路面结构应力分析[D],西安：长安大学,2007
16. Jones A. Tables of Stresses in Threes-layer Elastic Systems [J].HRB Bull.1962:342
17.姚连军,李丽.国内外沥青路面设计方法分析[J],福建建材,2010,5：3-5
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19. Shell International Petroleum Co. Ltd. Shell Pavement Design Manual-Asphalt Pavements and Overlays for Traffic [M].London:shell International Petroleum Co. Led,1978
20. The Asphalt Institute Thickness Design-Asphalt Pavements for Highways and Streets. Manual Series No.1(MS-1)1981.9
21.周长俊.辽宁长寿命沥青路面重载作用下的结构响应分析[D],西安：长安大学,2009
22.腾旭秋.柔性基层沥青路面设计指标及性能预估模型研究[D],哈尔滨：哈尔滨工业大学,2009
23.郭亚兵,丛林,郑航等.半刚性基层沥青路面结构设计指标研究[J],上海公路,2002,(4)：6-9
24.袁宏伟.沥青稳定碎石基层材料设计方法研究[D],西安：长安大学,2003
25.杨小丽,夏兵,梁安东.柔性基层沥青路面的应用研究[J],黑龙江交通科技,2008,169(3)：1-4
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27.杨群.高速公路沥青稳定基层结构与设计方法研究[D],南京：东南大学,2001
28.葛折圣,黄晓明.根据疲劳性能优选沥青稳定基层的矿料级配[J],东南大学学报,2001,31(3)：103-108
29.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院.柔性基层室内试验阶段性报告.哈尔滨工业大学,2002
30.袁宏伟.沥青稳定谁是基层材料设计方法研究[D],西安：长安大学,2003
31.易湘舒.多年冻土地区沥青稳定碎石基层沥青混合料路用性能研究[D],西安：长安大学,2003
32.刘义如.柔性基层沥青路面结构设计研究[D],河北：河北工业大学,2007
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44.邱志雄.柔性基层在粤赣高速公路长陡坡沥青路面的应用[J],广东高速公路,2007,99(2)：19-26
45.朱洪洲,唐伯明,刘伯莹.柔性基层沥青路面结构设计参数分析[J],重庆交通大学学报(自然科学版),2009,28(6)：1021-1024
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