三种典型结构AC层的有限元分析

论文摘要

沥青路面、AC+RCC路面和柔性桥面铺装这三种结构的上层均为沥青混凝土层（简称为AC层）。长期暴露于外部环境中的AC层,同时承受荷载作用和温度作用,既是受力层,又是保护层。良好的AC层设计不仅可以提供足够的承载力,而且可以提高整体结构的耐久性。但是,在进行路面结构和桥梁结构设计时,AC层通常只是作为附属结构层,一般不作专门的计算分析,现行规范也只是对AC层的厚度、施工方法做了指导性的说明,至今没有可以依据的设计理论和设计指标。针对上述问题,本文基于有限元方法,运用大型通用有限元软件ANSYS对荷载作用及温度作用下三种结构AC层的响应情况进行了独立分析和比较,同时还对部分计算参数的敏感性进行了研究,力求得出一些规律性的结论。分析过程中把每种结构AC层看作厚度和材料属性等不尽相同的2～3层,这与实际情况比较符合,然后针对每一层逐个进行深入地分析,其它结构层的材料属性及边界条件等都作为影响AC层响应的因素来看待。研究数据表明,上述三种结构AC层的荷载应力相差较大,且在参数的敏感性规律方面表现不一,因此,荷载作用下三种结构之间AC层的设计经验是否可以相互借鉴,要视具体的设计指标和具体的考核位置而定,切不可盲目套用。而三种结构AC层的温度场非常相似,参数的敏感性规律也基本一致,因此,对于温度作用下AC层的设计经验,认为三者之间可相互借鉴。分析过程中还得到了其它一些结论和规律,可供AC层的设计与施工参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及意义
• 1.2 主要内容及研究方法
• 2 荷载作用下沥青路面AC层的有限元分析
• 2.1 模型的建立
• 2.1.1 基本假定
• 2.1.2 材料及荷载参数
• 2.1.3 有限元模型
• 2.2 AC层的弯沉及应力分析
• 2.2.1 弯沉分析
• 2.2.2 最大主应力分析
• 2.2.3 最大剪应力分析
• 2.3 本章小结
• 3 荷载作用下AC+RCC路面AC层的有限元分析
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 材料及荷载参数
• 3.1.3 有限元模型
• 3.2 AC层的弯沉及应力分析
• 3.2.1 弯沉分析
• 3.2.2 最大主应力分析
• 3.2.3 最大剪应力分析
• 3.3 本章小结
• 4 荷载作用下桥面铺装AC层的有限元分析
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 基本假定
• 4.1.2 材料及荷载参数
• 4.1.3 有限元模型
• 4.2 AC层的弯沉及应力分析
• 4.2.1 弯沉分析
• 4.2.2 最大主应力分析
• 4.2.3 最大剪应力分析
• 4.3 本章小结
• 5 荷载作用下三种典型结构AC层的比较分析
• 5.1 AC层的弯沉及应力的比较分析
• 5.1.1 弯沉的比较
• 5.1.2 最大主应力的比较
• 5.1.3 最大剪应力的比较
• 5.2 AC层厚度对弯沉及应力的影响分析
• 5.2.1 AC层厚度对弯沉的影响
• 5.2.2 AC层厚度对最大主应力的影响
• 5.2.3 AC层厚度对最大剪应力的影响
• 5.3 AC层模量对弯沉及应力的影响分析
• 5.3.1 AC层模量对弯沉的影响
• 5.3.2 AC层模量对最大主应力的影响
• 5.3.3 AC层模量对最大剪应力的影响
• 5.4 超载率对弯沉及应力的影响分析
• 5.4.1 超载率对弯沉的影响
• 5.4.2 超载率对最大主应力的影响
• 5.4.3 超载率对最大剪应力的影响
• 5.5 摩擦系数对弯沉及应力的影响分析
• 5.5.1 摩擦系数对弯沉的影响
• 5.5.2 摩擦系数对最大主应力的影响
• 5.5.3 摩擦系数对最大剪应力的影响
• 5.6 本章小结
• 6 温度作用下沥青路面AC层的有限元分析
• 6.1 热力学基本原理及计算参数的选择
• 6.1.1 基本假定
• 6.1.2 路表复合传热机理
• 6.1.3 计算参数的选择
• 6.1.4 有限元模型
• 6.2 AC层的温度场分析
• 6.2.1 温度分析
• 6.2.2 温度速率分析
• 6.2.3 温度梯度分析
• 6.3 温度影响下的荷载作用
• 6.3.1 弯沉分析
• 6.3.2 最大主应力分析
• 6.3.3 最大剪应力分析
• 6.4 本章小结
• 7 温度作用下AC+RCC路面AC层的有限元分析
• 7.1 热力学基本原理及计算参数的选择
• 7.1.1 基本假定
• 7.1.2 路表复合传热机理
• 7.1.3 计算参数的选择
• 7.1.4 有限元模型
• 7.2 AC层的温度场分析
• 7.2.1 温度分析
• 7.2.2 温度速率分析
• 7.2.3 温度梯度分析
• 7.3 温度影响下的荷载作用
• 7.3.1 弯沉分析
• 7.3.2 最大主应力分析
• 7.3.3 最大剪应力分析
• 7.4 本章小结
• 8 温度作用下桥面铺装AC层的有限元分析
• 8.1 热力学基本原理及计算参数的选择
• 8.1.1 基本假定
• 8.1.2 桥梁复合传热机理
• 8.1.3 计算参数的选择
• 8.1.4 有限元模型
• 8.2 AC层的温度场分析
• 8.2.1 温度分析
• 8.2.2 温度速率分析
• 8.2.3 温度梯度分析
• 8.3 温度影响下的荷载作用
• 8.3.1 弯沉分析
• 8.3.2 最大主应力分析
• 8.3.3 最大剪应力分析
• 8.4 本章小结
• 9 温度作用下三种典型结构 AC层的比较分析
• 9.1 AC层温度场的比较分析
• 9.1.1 日温差的比较
• 9.1.2 温度速率的比较
• 9.1.3 温度梯度的比较
• 9.2 AC层厚度对温度场的影响分析
• 9.2.1 AC层厚度对日温差的影响
• 9.2.2 AC层厚度对降温速率的影响
• 9.2.3 AC层厚度对温度梯度的影响
• 9.3 风速对温度场的影响分析
• 9.3.1 风速对日温差的影响
• 9.3.2 风速对降温速率的影响
• 9.3.3 风速对温度梯度的影响
• 9.4 温度影响下AC层的弯沉及应力的比较分析
• 9.4.1 弯沉的比较
• 9.4.2 最大主应力的比较
• 9.4.3 最大剪应力的比较
• 9.5 本章小结
• 结论与展望
• 1.结论
• 2.展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢