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车水耦合作用下不同层间接触状态沥青路面性能研究

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车水耦合作用下不同层间接触状态沥青路面性能研究

作者：刘富强兰州交通大学

学位级别：硕士

沥青路面破坏的主要影响因素是较大荷载的反复作用,其次,温度、水对沥青路面的破坏具有一定的促进加速作用。由于沥青路面结构中存在一定的孔隙,水分可以渗入其中,在车辆荷载的作用下产生高孔隙水压力,对集料周围的沥青粘结料不断的冲刷... 详细信息

沥青路面破坏的主要影响因素是较大荷载的反复作用,其次,温度、水对沥青路面的破坏具有一定的促进加速作用。由于沥青路面结构中存在一定的孔隙,水分可以渗入其中,在车辆荷载的作用下产生高孔隙水压力,对集料周围的沥青粘结料不断的冲刷,最终使沥青粘结料从集料周围脱落,从而出现松散、坑槽等破坏。半刚性基层沥青路面基面层层间通过透层来粘结,不是处于完全连续的力学状态,而是介于完全连续和完全光滑之间的摩擦接触状态。所以有必要对荷载-水耦合作用下不同层间接触状态沥青路面的性能进行研究。本文通过力学理论分析、有限元模拟计算和基于能量原理的方法分析了常温(20℃)时车水耦合作用下不同层间接触状态沥青路面的性能。主要研究内容有:(1)对沥青路面材料模型进行分析,本文沥青混合料为粘弹性材料,采用Burgers模型;(2)利用ABAQUS有限元软件分析了路面结构在车辆轴载单独作用下的路面结构力学响应,为后面分析水对路面结构力学响应的影响奠定基础;(3)在考虑水的情况下,利用有限元软件建立车水耦合作用下的沥青路面结构三维模型,分析在车辆动荷载和水耦合作用下不同层间接触状态沥青路面的结构力学响应;(4)计算在车辆动荷载单独作用下和车水耦合作用下不同层间接触状态沥青路面面层的畸变能,用能量的方法对沥青路面的破坏进行分析和研究。研究表明,在车水耦合作用下,不同基面层层间接触状态半刚性基层沥青路面的结构力学响应比较复杂。根据颗粒介质的库仑断裂准则推导出半刚性基层沥青路面基面层层间接触状态与孔隙水压力的关系表达式,验证了水对基面层层间接触状态的影响,进而影响路面的结构受力状况;用能量的方法对沥青路面畸变能的计算得知,水对沥青路面的结构力学响应影响较显著,在其他条件相同的情况下,有水状态的畸变能较无水时明显减少,这说明水分可以降低路面结构的力学性能;同样,基面层层间接触状态对沥青路面的结构力学响应也有显著的影响,在其他条件相同的情况下,不同的层间接触状态对路面结构的力学响应有较明显的影响,这也说明加强层间的粘结可以有效提高路面结构的强度,从而提高路面的使用寿命和改善路面的服务水平。

关键词：车水耦合作用层间粘结半刚性基层沥青路面有限元畸变能

基于有限元法的级配碎石基层沥青路面疲劳寿命预估

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基于有限元法的级配碎石基层沥青路面疲劳寿命预估

作者：谢远勇重庆交通大学

学位级别：硕士

与传统半刚性基层沥青路面相比,级配碎石基层沥青路面具有排水性好、行车舒适度提高的特点,可减小基层与面层的模量差,降低反射裂缝的出现几率。然而,级配碎石属于无粘结性材料,其力学强度主要依靠骨料之间的嵌挤,需要形成骨架密实型结... 详细信息

与传统半刚性基层沥青路面相比,级配碎石基层沥青路面具有排水性好、行车舒适度提高的特点,可减小基层与面层的模量差,降低反射裂缝的出现几率。然而,级配碎石属于无粘结性材料,其力学强度主要依靠骨料之间的嵌挤,需要形成骨架密实型结构,并且在有侧限条件下才能发挥较好的受力作用。本文通过试验及理论模拟研究,优选级配碎石基层的级配类型和层间粘结类型,力求弥补级配碎石力学强度的不足,充分发挥其排水性能良好等优点,使之在公路建设中得到更广泛的应用。通过静态CBR试验和回弹模量试验,发现级配碎石具有最大干密度越大,对应的CBR值越大,变形率相应越小,回弹模量越大的特点。在此基础上,运用Cooper气动伺服试验机进行动态CBR试验,测试应变变化的相关系数以及蠕变模量值,变化率越小,蠕变模量值增加,力学性能越优。运用ABAQUS有限元软件构建模型,从上到下依次分为沥青混合料面层、稀浆封层、透层油(乳化沥青)、级配碎石、土基。为体现级配碎石的颗粒性及非均匀性特点,采用D-P模型对其进行定义;定义面层和稀浆封层为弹性材料。优选三种基层级配,分别设置不同封层厚度条件,施加标准荷载和边界条件,计算有限元模型,对竖向位移、轴向应力和剪切应力进行对比分析。经过试验研究和理论分析,改善级配碎石基层的力学性能有助于提高柔性基层沥青混合料路面的强度和抗变形能力;使用粗颗粒较多的稀浆封层级配类型ES-3,并适当增加封层厚度,有益于路面结构层间粘结强度提高;级配类型、封层厚度两个因素,级配类型影响较明显。温度是柔性基层沥青路面不可忽视的影响因素,经过竖向位移和Mises应力综合分析,得出在荷载作用下,温度在0～10℃范围内对路面结构的影响最小。本文采用自制模具成型疲劳试验试件,以45°斜剪试验作为疲劳试验方法,结果表明疲劳行为与级配碎石基层类型及层间粘结情况有关,依据试验测出的疲劳作用次数,结合基层级配碎石回弹模量、封层厚度、沿着行车方向层间应力进行疲劳寿命预估方程的拟合,得出建议性的疲劳寿命预估模型;同时,拟合结果具有保守性和延展性,具有一定的实际应用价值。

关键词：级配碎石有限元法层间粘结回弹模量疲劳寿命

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同步纤维磨耗层技术研究与应用

同步纤维磨耗层技术研究与应用

作者：朱琛长安大学

学位级别：硕士

作为一种新型的预防性养护技术,同步纤维磨耗层技术结合同步施工工艺和纤维稀浆混合料冷拌工艺,采用专用设备使乳化沥青粘层洒布、纤维稀浆混合料冷拌及混合料摊铺三种施工工序同时、连续完成。同步纤维磨耗层技术具有高耐磨损性、高粘... 详细信息

作为一种新型的预防性养护技术,同步纤维磨耗层技术结合同步施工工艺和纤维稀浆混合料冷拌工艺,采用专用设备使乳化沥青粘层洒布、纤维稀浆混合料冷拌及混合料摊铺三种施工工序同时、连续完成。同步纤维磨耗层技术具有高耐磨损性、高粘附性、高防水性和超强的抗裂能力等优势,不但可以大大提高路面的各项功能,而且能够有效减少施工设备使用数量、提高设备利用率、缩短了养护时间。课题首先从沥青乳化的机理出发,分析改性乳化沥青的影响因素,选择合适的改性沥青、乳化剂、稳定剂和助剂的种类及用量,制备新型防水粘结层材料,为纤维磨耗层的高粘附性提供技术保障;其次借鉴微表处级配的设计方法,通过可拌合时间、粘聚力试验方法确定纤维添加量及沥青用量,提出同步纤维磨耗层材料组成设计方法,并结合黑龙江地区的气候特点,对原材料及纤维磨耗层混合料的技术指标提出明确的要求;最后以齐泰高速公路为依托工程铺筑4km的同步纤维磨耗层试验段,提出同步纤维磨耗层的施工工艺、施工质量控制要点及施工检验要求。通过本论文研究,形成了从同步纤维磨耗层专用材料研发、纤维磨耗层混合料设计及施工工艺的成套技术体系。

关键词：同步施工纤维磨耗层改性沥青层间粘结配合比设计路用性能施工工艺

湖南省干线公路大修改造重载交通沥青路面典型结构研究

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湖南省干线公路大修改造重载交通沥青路面典型结构研究

作者：谢东中南林业科技大学

学位级别：硕士

随着湖南省经济的快速发展和科技水平的不断提高,目前,半刚性基层沥青路面逐渐成为省内干线公路主要的路面结构形式,但同时半刚性基层沥青路面频繁出现的早期破坏受到社会的普遍关注。综合考虑荷载、结构层的层间粘结、结构层的厚度等因... 详细信息

随着湖南省经济的快速发展和科技水平的不断提高,目前,半刚性基层沥青路面逐渐成为省内干线公路主要的路面结构形式,但同时半刚性基层沥青路面频繁出现的早期破坏受到社会的普遍关注。综合考虑荷载、结构层的层间粘结、结构层的厚度等因素,深入分析半刚性基层沥青路面结构受力状态和破坏机理,重点从结构设计方面提高半刚性基层沥青路面结构的合理性,优化路面结构,减小或避免沥青路面的早期破坏,是现阶段需要深入研究的问题。本文调研了省内主要的半刚性基层沥青路面结构,对路面病害的种类和产生的原因进行了详细的分析,总结出沥青路面主要的破坏形式：裂缝和车辙。提出控制路面早期破坏的力学指标,从而提出本文的主旨,即通过优化沥青路面结构来防治半刚性基层路面病害。本文通过有限元软件,综合考虑面-基层层间粘结、各结构层厚度、超载及面层-基层层间粘结等因素对路面结构的影响,提出半刚性基层沥青路面的设计控制模式和设计指标,最后推出干线公路重载交通沥青路面的典型结构形式。本文通过试验(比较)省内两种面-基层层间结合的方式,即稀浆封层和同步碎石封层粘结效果,提出两种封层下最佳的沥青用量。本文最后进行大修改造试验路的修筑,验证沥青路面典型结构,并对面层和基层层间粘结施工提出质量控制措施。

关键词：沥青路面早期病害设计指标路面结构层间粘结超载

应力吸收层对沥青路面结构中剪切应力的影响分析

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公路交通科技（应用技术版） 2010年第4期6卷 34-36,40页

作者：陈鹏举张常梅刘金利鄂尔多斯市公路工程监理所内蒙古鄂尔多斯017000 鄂尔多斯市公路质量监督站内蒙古鄂尔多斯017000 内蒙古公路工程局内蒙古呼和浩特010000

文章研究了砂粒式应力吸收层的回弹模量和泊松比等参数,针对设置砂砾式应力吸收层的半刚性基层沥青路面结构和两种常规沥青路面结构,分析了不同位置层间剪切应力的变化规律,认为设置应力吸收层对路面结构的剪切应力影响较大,应提高中面... 详细信息

文章研究了砂粒式应力吸收层的回弹模量和泊松比等参数,针对设置砂砾式应力吸收层的半刚性基层沥青路面结构和两种常规沥青路面结构,分析了不同位置层间剪切应力的变化规律,认为设置应力吸收层对路面结构的剪切应力影响较大,应提高中面层抗剪强度和层间粘结能力。

关键词：应力吸收层剪切应力层间粘结

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车辆荷载作用下钢桥面铺装层结构受力分析

车辆荷载作用下钢桥面铺装层结构受力分析

作者：陈柳燕福州大学

学位级别：硕士

随着大跨径梁桥的出现,人们对于钢桥面铺装体系的研究也不断深入。在工程实例中,铺装层与钢桥面板是协同作用的关系,其层间依靠之间的粘结力共同承担外荷载。铺装层与钢桥面板间一般设有粘结层,因粘结层的材料特性与铺装层、钢桥面板相... 详细信息

随着大跨径梁桥的出现,人们对于钢桥面铺装体系的研究也不断深入。在工程实例中,铺装层与钢桥面板是协同作用的关系,其层间依靠之间的粘结力共同承担外荷载。铺装层与钢桥面板间一般设有粘结层,因粘结层的材料特性与铺装层、钢桥面板相差甚远,使得粘结层成为钢桥面铺装体系中受力的薄弱层。本文运用ANSYS有限元软件建立具有粘结层的典型正交异性钢桥面铺装体系模型并通过软件模拟不同的层间接触状态,研究在车辆荷载作用下连续模型和层间接触模型的受力特性。分析铺装层材料的弹性模量、粘结层特性、层间粘结状态、脱层破坏对正交异性钢桥面铺装体系应力应变的影响。主要研究内容如下:首先,分别对有纵向隔板和无纵向隔板的正交异性钢桥面铺装体系进行受力分析,讨论粘结层的厚度、粘结层材料的弹性模量、铺装层材料的弹性模量以及将粘结层材料视为各向异性对铺装体系受力的影响。结果表明,有纵隔板和无纵隔板钢桥面铺装体系在这些因素的影响下,其应力应变变化规律基本一致,在设计铺装体系时应综合考虑这些因素的影响以及材料自身的力学性能。其次,分析粘结层与钢桥面间的粘结状态对铺装体系受力的影响。粘结层与钢桥面板间的粘结分为完全连续、半连续、完全光滑三种状态。分析结果表明,改善粘结层与钢桥面板间的粘结状态有利于铺装体系的受力。在进行铺装体系设计时,以层间粘结状态为完全连续为标准能满足所有粘结状态的受力要求。最后,通过在层间接触模型中定义生死单元来模拟钢桥面铺装体系的脱层破坏。分析不同的脱层位置、脱层面积大小及不同的脱层形式对正交异性钢桥面铺装体系受力的影响。通过层间接触应力云图展示粘结层与钢桥面层间应力的分布特性和脱层的扩展规律。分析结果表明,当荷载作用在发生脱层的区域上方时,铺装层和粘结层所受到的应力最大。脱层位置离荷载作用位置越远对铺装体系受力的影响越小,也说明了荷载作用的影响范围是一定的且采用简化后的计算模型是合理的。脱层破坏对铺装体系受力极其不利,应该在局部发生小面积脱层后及时进行修补谨防脱层不断扩展。

关键词：钢桥面铺装正交异性有限元分析脱层粘结层层间粘结

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沥青路面铺装结构粘结层材料性能研究

沥青路面铺装结构粘结层材料性能研究

作者：崔小攀长安大学

学位级别：硕士

在不同的铺装结构中,粘结层均具有重要的作用。不同铺装结构对粘结材料的要求不尽相同,若选用的粘结材料性能不足,会严重影响铺装结构的整体性,降低铺装结构的使用寿命。因此,研究沥青路面铺装结构对粘结层的技术要求和粘结材料的性能... 详细信息

在不同的铺装结构中,粘结层均具有重要的作用。不同铺装结构对粘结材料的要求不尽相同,若选用的粘结材料性能不足,会严重影响铺装结构的整体性,降低铺装结构的使用寿命。因此,研究沥青路面铺装结构对粘结层的技术要求和粘结材料的性能具有重要意义。首先,利用BISAR软件研究了结构参数对各铺装结构层间受力的影响,并提出了相应的层间抗剪强度指标;其次,选取了环氧沥青和其他三种较为常用的粘结材料,并对其防水性能和高温流淌性能进行了研究;最后,根据不同铺装结构的特点,通过室内直接剪切试验对采用不同粘结材料的铺装结构层间抗剪强度进行了测试,讨论了各粘结材料的最佳洒布量,根据摩尔-库伦理论计算出了各粘结材料在不同铺装结构中的容许剪应力,对其性能进行了评价,并研究了湿度、浸水、冻融等环境条件及洒布碎石（针对混凝土面板与沥青铺装层间）、剪切速率对层间抗剪强度的影响。研究结果表明,层间粘结状态不良会使路面结构的受力更加不利,针对所选取的桥面铺装、隧道复合式路面、普通沥青路面和特殊路段结构模型,分别选取其层间抗剪强度指标为0.27～0.64MPa,0.26～0.61MPa,0.15MPa.43MPa和0.24MPa.67MPa;所选的防水粘结材料中环氧沥青有良好的防水性能和高温性能;不同铺装结构中各防水粘结材料均存在最佳洒布量;温度的升高会使层间抗剪强度明显降低;撒布碎石可以提高混凝土与沥青铺装层间的抗剪强度;湿润的环境、浸水和冻融均会降低粘结面的抗剪性能,其中冻融对其影响最大;在不同的铺装结构中,各防水粘结材料的抗剪强度与剪切速率呈良好的线性关系,其中环氧沥青对剪切速率的敏感性最小;各防水粘结材料中,环氧沥青综合性能良好,在所选典型铺装结构中均可满足使用要求;橡胶沥青可满足所选取的普通路面和隧道粘结层使用要求,但用于桥面铺装和特殊路段路面时使用条件有所限制;SBS改性乳化沥青和普通热沥青只推荐在普通沥青路面使用。

关键词：沥青路面防水粘结层层间粘结剪应力环氧沥青

基于三维图像技术的现场混凝土桥面抛丸打毛评价体系研究

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基于三维图像技术的现场混凝土桥面抛丸打毛评价体系研究

作者：孙瑞重庆交通大学

学位级别：硕士

抛丸作为一种表面处置技术近年来被广泛应用于混凝土桥面、隧道和旧混凝土路面“白加黑”改造的粘结面处置当中,抛丸处置不仅能够清除水泥混凝土表面浮浆和污染物,还能够增加其表面粗糙度,从而改善层间粘结效果。但抛丸技术在我国路桥... 详细信息

抛丸作为一种表面处置技术近年来被广泛应用于混凝土桥面、隧道和旧混凝土路面“白加黑”改造的粘结面处置当中,抛丸处置不仅能够清除水泥混凝土表面浮浆和污染物,还能够增加其表面粗糙度,从而改善层间粘结效果。但抛丸技术在我国路桥工程中的应用尚属起步阶段,国内相关规范并没有对抛丸处置的效果提出具体的指标及技术要求,也没有针对抛丸施工的技术指导文件。因此有必要对抛丸施工工艺及抛丸效果评价体系进行研究,推广其在工程施工中的应用。本文基于广东省汕湛高速新建项目,采用现场调研、文献查询、现场试验、数理统计和理论分析等研究手段,对混凝土桥面抛丸评价体系开展研究,下面对工作情况以及研究成果进行阐述。(1)将图像处理技术应用到水泥混凝土桥面构造特征测量中,介绍了图像处理技术在水泥混凝土表面构造特征测量中的原理、测量方法,分析了光强、图像采集距离和角度、图像处理计算法则和被测物表面特性对测量结果的影响,并针对各影响因素采取了有效的改善措施,保证了测量结果的稳定性和准确性。(2)分析比较了常用的水泥混凝土桥面构造特征测量方法,总结了各种方法的特点及适用性,确定手工铺砂法、摆式仪法和图像处理法作为本文测量水泥混凝土表面构造特征的方法。并且通过对测试数据的分析得出摩擦系数和灰度值有着较好的相关性。(3)对市场上现有的抛丸机和丸料规格进行调查,分析了不同型号抛丸机和不同规格丸料的适用范围,结合混凝土桥面的施工特点及经济适用性原则,确定选择手扶式抛丸机与铸钢丸(砂)来对水泥混凝土桥面进行抛丸处置。针对抛丸机的工作参数,设计不同的抛丸工艺方案,对经过不同抛丸工艺处置后的水泥混凝土表面构造特征进行测量,通过分析各抛丸工艺对指标值的影响情况,确定了经济合理的抛丸施工工艺。(4)对经过不同抛丸方案处置后的水泥混凝土桥面按设计文件进行铺装层施工,满足规定时间后进行层间粘结强度测试,将测试结果与桥面构造特征评价指标进行相关性分析,通过分析选择与层间粘结强度相关性较好的指标作为桥面构造特征评价指标。最后对层间粘结状况良好的区间内抛丸前后各指标的变化量进行统计分析,以抛丸后指标值的变化幅度作为抛丸评价标准,并以此区间内抛丸前各指标的初始值的统计量作为桥面整体化层验收标准。

关键词：桥面构造特征抛丸施工工艺评价体系图像处理层间粘结

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厚层水泥稳定碎石基层分层连续施工技术研究

厚层水泥稳定碎石基层分层连续施工技术研究

作者：王军长安大学

学位级别：硕士

水泥稳定碎石基层以其强度高,承载力大,水稳定性好,材料经济易得的优点,成为我国高等级公路基层的主要类型。水泥稳定碎石基层的厚度通常在25～36cm之间,在实际的施工过程中一般是分为两层进行摊铺、碾压,第一层施工结束,养生7天后再进... 详细信息

水泥稳定碎石基层以其强度高,承载力大,水稳定性好,材料经济易得的优点,成为我国高等级公路基层的主要类型。水泥稳定碎石基层的厚度通常在25～36cm之间,在实际的施工过程中一般是分为两层进行摊铺、碾压,第一层施工结束,养生7天后再进行第二层的施工摊铺碾压。分层压实施工造成的主要问题包括:整体性差,基层易产生损伤,以及上下基层裂缝相互反射以及工期长,增加工程造价。而目前国内开展的厚层水泥稳定碎石基层整体摊铺压实技术需要施工单位专门配置大厚度摊铺机和大激振力压路机,很多施工单位无法满足这一要求。因此,有必要开展对厚层水泥稳定碎石基层分层连续摊铺整体成型技术研究。本课题研究中设计了三种层间状态的成型方式,对其路用性能进行测试及分析,结果表明:层间结合状态的下降导致基层路用性能的下降,与现有分层间断施工工艺相比,厚层水泥稳定碎石基层分层连续摊铺技术能够增强基层层间粘结,进而提高基层使用寿命。此外,利用有限元软件建立路面数值模型,并对路面结构内各层层底拉应力及路表弯沉值进行计算分析,结果表明增强基层层间粘结能够有效降低上基层层底拉应力和路表弯沉值,提高基层使用寿命。对厚层水泥稳定碎石基层施工机械进行选型优化,制定合理的摊铺压实工艺,并通过现场铺筑试验路验证厚层水泥稳定碎石基层分层连续摊铺整体成型技术的可行性,并运用寿命周期费用分析法进行了经济效益分析,分层连续施工工艺能够大大降低建设成本及改建成本,能够大范围推广应用。

关键词：厚层水泥稳定碎石基层路用性能层间粘结施工工艺经济效益