山区高速公路长大纵坡段车辙形成规律研究

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1、隶布大◆粤博士学位论文山区高速公路长大纵坡段车辙形成规律研究RESEARCH0INRUTTINGINTHESECTIONOFSTEEPLONGITUDn叮ALSLOPEOFMOUNTAINOUSEXPRESSⅥ公YADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofScienceBYLILing—linSupervisedbyProfessorHUANGXiaomingSchoolofTransportationSoutheas

2、tUniversityMay2013东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其

3、他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：焘：劳兰≮师签名：摘要山区高速公路长大纵坡段车辙形成规律研究研究生：李凌林导师：黄晓明教授(东南大学交通学院，江苏南京，210008)随着我国公路事业的发展，高速公路尤其是其中的沥青混凝土道路逐渐向山区延伸。在山区高等级沥青路面中，由于车辆超载严重、行驶速度缓慢、频繁的制动启动，沥青路面在通行不久就产生了严重的车

4、辙现象。车辙病害与山区的特殊地形显然有明显的关系。本文就是从山区高速公路的地形(道路的纵坡度和坡长)出发，进行山区高速公路中典型的载重车辆、一般的运行方式对道路路面的车辙病害产生规律研究。主要包括以下几个方面：论文首先根据江西省高速公路的建设经验，在广泛收集国内外研究成果的基础上，为某条高速公路选定了路面结构。结合当地的气候变化特点，在已有气象参数的基础上，采用理论法分析了该高速公路实际的温度场分布状况，从而确定了这条高速公路产生车辙的温度区间，并且选用室内重复单轴试验分析路面组成材料的高温特性，同时获取这些材料在不同温

5、度条件下的蠕变参数。为保证室内重复单轴试验的蠕变参数获取正确，论文给出了重复单轴蠕变试验关于应变的理论解答。基于该理论解答和实验仪器的计数规则，采用“剩余渐进法”和“最优化约束法”，给出了沥青混合料准确的蠕变参数值。其次，在对比各种沥青混合料本构关系的基础上，选择经典的广义Kelvin模型作为本文理论分析的材料本构关系。采用张量的记法，给出广义Kelvin模型在三维空间中应力．应变关系表达式。在此基础上，找到了一种稳定、快速收敛的数值积分方法，并且导出了广义Kelvin模型对应的切线刚度矩阵，从而为后续的有限元二次开发奠

6、定了理论基础。利用有限元软件(ABAQUS)预留二次开发接口的实用工具，借助FORTRAN程序语言，编写了材料用户子程序UMAT。为验证所开发的材料用户子程序的正确性，论文给出了圆柱体试件在半正矢荷载作用下的应变响应、半无限空间体在集中力作用下的应力、位移响应的理论解答和有限元解答。对比这两种解答，验证了所编写的材料用户子程序的正确性。为准确描述车辆荷载作用下的沥青路面响应，论文借助有限元软件预留的二次开发接口编写了荷载子程序DLOAD(描述竖向移动荷载)和UTRACLOAD(描述水平移动荷载)。结合之前的广义Kelvi

7、n模型，分析了水平剪切力作用下的沥青路面高温永久变形规律，以及水平剪切力及对应的作用时间、竖向压应东南大学博士学位论文力及对应的作用时间对沥青路面永久变形的敏感性。这为后文综合分析山区高速公路长大纵坡路段车辙特性奠定了基础。再次，在分析我国载重车市场的基础上，确定了上典型的公路运输车车型，以及在长大纵坡爬坡路段典型车辆运动方式。在获取其各项参数后，通过理论法分析了速度．水平位置，荷载．水平位置的关系，在此基础上通过车速对交通运行的影响给出了长大纵坡道路坡度和坡长的初步界定。这部分中所取得的速度．水平位置关系、荷载．水平位

8、置关系为后文综合分析山区高速公路长大纵坡路段车辙特性奠定了基础。最后，论文根据连续变温的车辙分析方法，采用基于车辙等效的轴载换算公式，对山区高速公路长大纵坡路段的车辙特性进行了全面、细致的研究。分别以单一特长纵坡和连续变化特长纵坡为研究对象，在给出其荷载模式及参数的条件下，重点分析了以下几个方面的问题：典型车辆满载或