高速公路隧道路面半柔性结构的研究

论文摘要

半柔性路面是一种新型的路面结构形式,它是指在大空隙基体沥青混合料（空隙率高达20%35%）中,灌入以水泥为主要成分的特殊浆剂而形成的路面。半柔性路面其兼顾刚性和柔性两种路面的优点、摒弃两者缺点的路面结构,其在国外得到了广泛的应用,但在国内,对其研究和应用尚处于起步阶段,因此,对其进行研究具有一定的现实意义。本文在参考国内外相关研究成果的基础上,首先确定满足要求的大空隙基体沥青混合料以及水泥基砂浆配合比;然后通过试验研究,并和普通AC-16沥青混凝土进行对比,表明其具有优良的路用性能。本文对半柔性复合路面的设计理论及设计方法进行了重点研究。根据半柔性复合路面材料具有较高的静模量和较大的劈裂强度、半柔性复合路面材料的应力应变关系及其开裂破坏特征等原因,本论文考虑采用沥青混凝土路面的设计理论,即弹性层状体系理论作为这种新型路面结构的设计理论。另外,本论文采用ANSYS软件分析半柔性复合路面的荷载应力,根据各方向应力的变化规律,得出这种路面的荷载响应特点及可作为设计时各计算点的位置。本文分析了半柔性复合路面的破坏状态,得出裂缝是其最主要的破坏模式,然后重点探讨了其开裂破坏机理,再结合国内外的常规路面设计方法,提出了这种新型路面结构的设计方法,即以拉应力作为设计指标,以路基表面的垂直压应变作为验算指标,仍然采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状理论体系进行厚度计算,并给出了具体的设计步骤。另外,还探讨了其结构组合设计。为今后半柔性复合路面技术的推广应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的必要性
• 1.1.1 现有隧道路面主要结构与存在的问题
• 1.1.2 半柔性路面的特点
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 隧道路面结构研究现状
• 1.2.2 半柔性路面的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 本文的主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 隧道路面工作环境的调查与分析
• 2.1 国内外公路隧道环境研究状况
• 2.1.1 国外状况
• 2.1.2 国内状况
• 2.2 现有公路隧道环境调研
• 2.2.1 隧道内空气温度调查
• 2.2.2 隧道内空气湿度调查
• 2.2.3 隧道内噪声调查
• 2.2.4 隧道内的烟气调查
• 2.2.5 隧道内水的来源调查
• 2.2.6 隧道内的照度调查
• 2.3 总结
• 第三章 半柔性混凝土的强度形成机理
• 3.1 沥青与矿料的交互作用
• 3.2 水泥浆体与沥青的相互作用
• 3.3 水泥浆体与矿料的相互作用
• 3.4 复合材料强度形成机理
• 3.5 复合材料的粘弹性理论
• 3.6 小结
• 第四章 半柔性沥青混凝土配合比设计
• 4.1 大空隙率基体沥青混凝土配合比设计
• 4.1.1 原材料的性能分析
• 4.1.2 基体沥青混合料的配合比设计
• 4.2 水泥砂浆配合比设计
• 4.2.1 原材料的技术指标
• 4.2.2 水泥砂浆配合比设计
• 4.3 半柔性混凝土性能的测定
• 第五章 基于 ANSYS 的半柔性典型路面结构模拟分析
• 5.1 有限元法概述
• 5.1.1 有限单元法的基本分析步骤
• 5.1.2 计算模型及材料参数
• 5.2 半柔性路面和普通柔性路面的ANSYS 对比分析
• 5.3 半柔性路面弯沉及应力分析
• 第六章 半柔性路面与其他隧道路面的比较研究
• 6.1 半柔性路面与沥青混凝土路面的比较
• 6.1.1 半柔性沥青混凝土与SMA-16 及AC-16 的比较研究
• 6.1.2 半柔性路面和柔性路面力学性能的比较
• 6.2 半柔性路面和复合式路面的比较
• 6.2.1 组成结构的比较
• 6.2.2 力学行为特点的比较
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文的主要结论
• 7.2 进一步研究的建议
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果