山區(qū)高速公路長大縱坡段車轍形成規(guī)律研究.pdf

1、隨著我國公路事業(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、頻繁的制動啟動，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）出發(fā)，進(jìn)行山區(qū)高速公路中典型的載重車輛、一般的運行方式對道路路面的車轍病害產(chǎn)生規(guī)律研究。主要包括以下幾個方面:
　　論文首先根據(jù)江西省高速公路的建設(shè)經(jīng)驗，

2、在廣泛收集國內(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，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際的溫度場分布狀況，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)單軸試驗分析路面組成材料的高溫特性，同時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)單軸試驗的蠕變參數(shù)獲取正確，論文給出了重復(fù)單軸蠕變試驗關(guān)于應(yīng)變的理論解答?；谠摾碚摻獯鸷蛯嶒瀮x器的計數(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

4、用工具，借助FORTRAN程序語言，編寫了材料用戶子程序UMAT。為驗證所開發(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。對比這兩種解答，驗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（描述豎向移動荷載）和UTRACLOAD（描述水平移

5、動荷載）。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應(yīng)的作用時間、豎向壓應(yīng)力及對應(yīng)的作用時間對瀝青路面永久變形的敏感性。這為后文綜合分析山區(qū)高速公路長大縱坡路段車轍特性奠定了基礎(chǔ)。
　　再次，在分析我國載重車市場的基礎(chǔ)上，確定了上典型的公路運輸車車型，以及在長大縱坡爬坡路段典型車輛運動方式。在獲取其各項參數(shù)后，通過理論法分析了速度-水平位置，荷載-水平位置的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上

6、通過車速對交通運行的影響給出了長大縱坡道路坡度和坡長的初步界定。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，對山區(qū)高速公路長大縱坡路段的車轍特性進(jìn)行了全面、細(xì)致的研究。分別以單一特長縱坡和連續(xù)變化特長縱坡為研究對象，在給出其荷載模式及參數(shù)的條件下，重點分析了以下幾個方面的問題:典型車輛滿載

7、或超載情況下，以低速、常規(guī)速度在單一長大縱坡爬坡時車轍的變化規(guī)律;典型車輛制動時在單一長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)變化長大縱坡上爬坡時車轍的變化規(guī)律;典型車輛在長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的限制方法。
　　本文重點分析了典型車輛等功率爬坡時水平力分量對瀝青路面車轍的影響規(guī)律。在山區(qū)高