基于刚性基层的耐久性沥青路面结构研究

论文摘要

沥青路面越来越多的早期病害以及频繁的大中修改造，使得公路建设的可持续发展受到了严重的挑战。耐久性沥青路面(Durable Asphalt Pavement)是一种永久性沥青路面或长寿命沥青路面，是在影响路面结构耐久性的内、外因素作用下，沥青路面在设计使用期内，无需花费大量资金维修与养护就能满足道路的使用功能。 本文深入分析了基层类型对路面结构耐久性能的影响和目前常用半刚性基层存在的主要问题，对基于刚性基层的沥青路面结构应力及其设计方法进行研究，形成了较为系统的成果： 通过调查及理论分析，提出了基于刚性基层的耐久性沥青路面结构，采用应力吸收层、大粒径沥青碎石混合料等结构层可有效地防止刚性基层因温度应力而引起的沥青面层反射裂缝。 利用三维有限元模型，分析了沥青面层厚度、基层厚度、基层模量和地基模量等参数对刚性基层的荷载应力、温度应力及其两者之间的耦合应力的影响规律及其显著性。得出了标准轴载作用下基层应力以及不同轴轮型荷载作用下混凝土基层底面的荷载应力、温度应力及耦合应力的实用计算公式。 通过非荷载应力分析，建立了低配筋率连续配筋混凝土基层温度应力简化模型，分析了连续配筋混凝土基层温缩应力受粘结刚度系数、配筋率、裂缝间距、混凝土线胀系数、板厚、混凝土模量、年平均降温等参数的影响规律。 进行了基于耐久性的刚性基层沥青路面结构组合设计，提出考虑荷载型和温度型反射裂缝技术要求的沥青面层的推荐厚度，以及普通水泥混凝土基层、贫混凝土基层厚度范围与合理切缝间距，建立了刚性基层沥青路面的结构设计方法。 采用寿命周期费用分析方法，评价了刚性基层耐久性沥青路面不同结构的经济性。结果表明，在设计基准期内，刚性基层沥青路面较半刚性基层沥青路面具有使用寿命长，减少行程时间费、车辆运行费和事故费，可在较长时间内保持较高的服务能力，大大减少时间寿命周期费用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出和工程背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 永久性沥青路面
• 1.2.2 具有刚性基层的耐久性沥青路面
• 1.2.3 刚性基层类型
• 1.2.4 防裂结构层
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 沥青路面刚性基层及其特点
• 2.1 现有沥青路面结构与病害调查
• 2.2 基层类型与特点
• 2.2.1 路面基层的发展
• 2.2.2 各类基层特点
• 2.3 基于耐久性能的刚性基层材料特性
• 2.3.1 贫混凝土
• 2.3.2 水泥混凝土及连续配筋混凝土
• 2.4 小结
• 第三章 基于抗反射裂缝的沥青面层结构研究
• 3.1 反射裂缝的产生和扩展机理
• 3.1.1 反射裂缝扩展模式
• 3.1.2 反射裂缝的产生和扩展机理
• 3.1.3 疲劳断裂力学
• 3.2 刚性基层抗反射裂缝技术措施研究
• 3.2.1 应力吸收层
• 3.2.2 大粒径沥青碎石
• 3.3 小结
• 第四章 混凝土基层沥青路面应力分析
• 4.1 荷载应力分析
• 4.1.1 应力分析模型
• 4.1.2 计算参数范围的确定
• 4.1.3 模型尺寸及单元划分
• 4.1.4 参数影响规律分析
• 4.1.5 荷载应力实用计算公式
• 4.2 温度应力分析
• 4.2.1 温度梯度
• 4.2.2 温度应力计算
• 4.2.3 温度应力实用计算公式
• 4.3 耦合应力
• 4.3.1 参数影响规律分析
• 4.3.2 耦合应力实用计算公式
• 4.3.3 耦合应力与荷载应力和温度应力之和对比分析
• 4.4 小结
• 第五章 连续配筋混凝土基层沥青路面应力分析
• 5.1 荷载应力分析
• 5.1.1 连续配筋混凝土基层计算模型与参数
• 5.1.2 临界荷位的确定
• 5.1.3 参数影响规律分析
• 5.2 温度应力分析
• 5.2.1 计算模型分析
• 5.2.2 温缩应力计算
• 5.2.3 干缩应力分析
• 5.2.4 翘曲应力分析
• 5.3 小结
• 第六章 刚性基层沥青路面结构设计方法研究
• 6.1 刚性基层沥青路面结构组合
• 6.2 沥青面层结构设计
• 6.3 混凝土基层结构设计
• 6.3.1 设计依据
• 6.3.2 混凝土基层接缝设置
• 6.3.3 交通分析
• 6.3.4 混凝土基层厚度确定
• 6.3.5 结构设计步骤与实例
• 6.4 连续配筋混凝土基层沥青路面结构设计方法研究
• 6.4.1 设计标准
• 6.4.2 连续配筋混凝土基层设计
• 6.4.3 结构设计步骤
• 6.5 小结
• 第七章 耐久性沥青路面经济效益分析
• 7.1 试验路概况
• 7.2 寿命周期费用分析方法
• 7.3 刚性基层沥青路面寿命周期费用分析
• 7.3.1 结构方案与养护方案
• 7.3.2 经济分析计算基础
• 7.3.3 寿命周期内各项费用对比分析
• 7.4 小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 主要参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及著作
• 攻读博士学位以来获奖科研项目
• 致谢