山區(qū)高速公路長(zhǎng)大縱坡段車轍形成規(guī)律研究.pdf

1、隨著我國(guó)公路事業(yè)的發(fā)展，高速公路尤其是其中的瀝青混凝土道路逐漸向山區(qū)延伸。在山區(qū)高等級(jí)瀝青路面中，由于車輛超載嚴(yán)重、行駛速度緩慢、頻繁的制動(dòng)啟動(dòng)，瀝青路面在通行不久就產(chǎn)生了嚴(yán)重的車轍現(xiàn)象。車轍病害與山區(qū)的特殊地形顯然有明顯的關(guān)系。本文就是從山區(qū)高速公路的地形（道路的縱坡度和坡長(zhǎng)）出發(fā)，進(jìn)行山區(qū)高速公路中典型的載重車輛、一般的運(yùn)行方式對(duì)道路路面的車轍病害產(chǎn)生規(guī)律研究。主要包括以下幾個(gè)方面:
　　論文首先根據(jù)江西省高速公路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，

2、在廣泛收集國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，為某條高速公路選定了路面結(jié)構(gòu)。結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓攸c(diǎn)，在已有氣象參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用理論法分析了該高速公路實(shí)際的溫度場(chǎng)分布狀況，從而確定了這條高速公路產(chǎn)生車轍的溫度區(qū)間，并且選用室內(nèi)重復(fù)單軸試驗(yàn)分析路面組成材料的高溫特性，同時(shí)獲取這些材料在不同溫度條件下的蠕變參數(shù)。為保證室內(nèi)重復(fù)單軸試驗(yàn)的蠕變參數(shù)獲取正確，論文給出了重復(fù)單軸蠕變?cè)囼?yàn)關(guān)于應(yīng)變的理論解答?；谠摾碚摻獯鸷蛯?shí)驗(yàn)儀器的計(jì)數(shù)規(guī)則，采用“剩余漸進(jìn)法”

3、和“最優(yōu)化約束法”，給出了瀝青混合料準(zhǔn)確的蠕變參數(shù)值。
　　其次，在對(duì)比各種瀝青混合料本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，選擇經(jīng)典的廣義Kelvin模型作為本文理論分析的材料本構(gòu)關(guān)系。采用張量的記法，給出廣義Kelvin模型在三維空間中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，找到了一種穩(wěn)定、快速收斂的數(shù)值積分方法，并且導(dǎo)出了廣義Kelvin模型對(duì)應(yīng)的切線剛度矩陣，從而為后續(xù)的有限元二次開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。利用有限元軟件(ABAQUS)預(yù)留二次開發(fā)接口的實(shí)

4、用工具，借助FORTRAN程序語(yǔ)言，編寫了材料用戶子程序UMAT。為驗(yàn)證所開發(fā)的材料用戶子程序的正確性，論文給出了圓柱體試件在半正矢荷載作用下的應(yīng)變響應(yīng)、半無(wú)限空間體在集中力作用下的應(yīng)力、位移響應(yīng)的理論解答和有限元解答。對(duì)比這兩種解答，驗(yàn)證了所編寫的材料用戶子程序的正確性。
　　為準(zhǔn)確描述車輛荷載作用下的瀝青路面響應(yīng)，論文借助有限元軟件預(yù)留的二次開發(fā)接口編寫了荷載子程序DLOAD（描述豎向移動(dòng)荷載）和UTRACLOAD（描述水平移

5、動(dòng)荷載）。結(jié)合之前的廣義Kelvin模型，分析了水平剪切力作用下的瀝青路面高溫永久變形規(guī)律，以及水平剪切力及對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間、豎向壓應(yīng)力及對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間對(duì)瀝青路面永久變形的敏感性。這為后文綜合分析山區(qū)高速公路長(zhǎng)大縱坡路段車轍特性奠定了基礎(chǔ)。
　　再次，在分析我國(guó)載重車市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，確定了上典型的公路運(yùn)輸車車型，以及在長(zhǎng)大縱坡爬坡路段典型車輛運(yùn)動(dòng)方式。在獲取其各項(xiàng)參數(shù)后，通過(guò)理論法分析了速度-水平位置，荷載-水平位置的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上

6、通過(guò)車速對(duì)交通運(yùn)行的影響給出了長(zhǎng)大縱坡道路坡度和坡長(zhǎng)的初步界定。這部分中所取得的速度-水平位置關(guān)系、荷載-水平位置關(guān)系為后文綜合分析山區(qū)高速公路長(zhǎng)大縱坡路段車轍特性奠定了基礎(chǔ)。
　　最后，論文根據(jù)連續(xù)變溫的車轍分析方法，采用基于車轍等效的軸載換算公式，對(duì)山區(qū)高速公路長(zhǎng)大縱坡路段的車轍特性進(jìn)行了全面、細(xì)致的研究。分別以單一特長(zhǎng)縱坡和連續(xù)變化特長(zhǎng)縱坡為研究對(duì)象，在給出其荷載模式及參數(shù)的條件下，重點(diǎn)分析了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:典型車輛滿載

7、或超載情況下，以低速、常規(guī)速度在單一長(zhǎng)大縱坡爬坡時(shí)車轍的變化規(guī)律;典型車輛制動(dòng)時(shí)在單一長(zhǎng)大縱坡爬坡路段上車轍的變化規(guī)律;典型車輛滿載或超載情況下，以低速、常規(guī)速度在連續(xù)變化長(zhǎng)大縱坡上爬坡時(shí)車轍的變化規(guī)律;典型車輛在長(zhǎng)大下坡路段上車轍的變化規(guī)律;回歸車轍深度和軸載水平、坡度水平、速度水平之間的關(guān)系;給出基于車轍控制的山區(qū)高速公路坡度和坡長(zhǎng)的限制方法。
　　本文重點(diǎn)分析了典型車輛等功率爬坡時(shí)水平力分量對(duì)瀝青路面車轍的影響規(guī)律。在山區(qū)高