基于能量耗散原理确定沥青路面沥青层最小厚度

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1、国内图书分类号：U416.217学校代码：10213国际图书分类号：625.7密级：公开工程硕士学位论文基于能量耗散原理确定沥青路面沥青层最小厚度硕士研究生：黄志宇导师：侯相琛教授申请学位：工程硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U416.217U.D.C:625.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDETERMINTHEMINIMUMTHICKNESSOFASPHALTLAYEROFASPHALTPAVEMNTBASEDONTHEPRINC

2、IPLEOFENERGYDISSIPATIONCandidate：HuangZhiyuSupervisor：Prof.HouXiangchenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringCommunicationandTransportationSpeciality：EngineeringSchoolofTransportationScienceAffiliation：andEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechno

3、logy哈尔滨工业大学工程硕士学位摘要在我国，沥青路面结构是十分典型的路面结构形式，但通常在运营不到几年就容易出现车辙等破坏，严重影响路面行驶性能。在美国，全厚式沥青路面是常见的路面结构形式，但车辙现象却相对较少。故本文从能量分析的角度出发，在能量耗散的基础上，分析沥青层厚度对永久变形的影响，并利用塑性耗散能与沥青层厚度的关系确定最小沥青层厚度。本文研究的主要内容包括：荷载作用过程能量转换分析、有限元模型建立、最小沥青层厚度确定方法和影响因素分析以及永久变形的变化规律。从理论角度分析荷载作用路面过程中的能量转化，在分析之前提出假设，包括荷载作用过程不产生热能和动能，边界条件设置以及层间接触

4、条件等。根据外力做功的基本公式推导出竖向荷载和水平荷载耦合作用时施加的能量，然后根据路面结构层产生的变形推导出路面结构层吸收的能量。最后简单介绍了如何求解路面结构层的应力、应变和位移。利用Abaqus有限元软件，建立三维路面有限元模型，包括路面结构类型选择、材料参数确定、荷载作用形式、荷载作用时间、路面结构几何模型确定、边界条件设置、网格划分方法以及有限元模型验证。其次计算了一次荷载作用下沥青路面能量以及永久变形随时间的变化规律，并对耗散能与永久变形的关系进行计算分析，得出蠕变耗散能和塑性耗散能与沥青路面的永久变形存在直接关系。然后计算了不同沥青层厚度下能量与永久变形的变化规律。最后计算了

5、当沥青路面不出现塑性变形的时候，蠕变耗散能与永久变形随沥青层厚度的变化规律。在有限元模型的基础上，利用塑性耗散能与沥青层厚度的关系，确定最小沥青层厚度，并简单介绍了确定半刚性路面以及柔性路面最小厚度的方法；根据塑性耗散能与沥青层模量的关系，在结构层厚度有限的前提下，确定合理的沥青层模量；根据基层模量与永久变形的关系，确定在重复荷载下合理的基层模量。分析了结构层模量、温度、超载、水平力系数和行车速度对最小沥青层厚度以及永久变形的影响。关键词：沥青路面；耗散能；有限元模型；最小沥青层厚度；永久变形-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位AbstractInChina,theasphaltpavemen

6、twasatypicalpavementstructure,buttheruttingphenomenonalwayshappenedonlyafterafewyearsoperating,whichwasharmfultothepavementperformance.InAmerica,Thefulldepthpavementwasaverycommonpavementstructure,buttheruttingphenomenonwasrelativelyrare.Therefore,thepaperadoptedthemethodofenergyanalysistoanalyzet

7、heeffectofasphaltlayerthicknessonthepermanentdeformation,whichwasbasedontheenergydissipation,andusedtherelationshipbetweentheplasticdissipationandthethicknessofasphaltlayertodeterminetheminimumthicknessofasphaltl