為了從瀝青路面結構力學性能及環(huán)境效益兩個角度進行路面結構設計優(yōu)化,以提高重慶市國省干線公路服務壽命,并且引入可持續(xù)概念為建設綠色公路服務。本文以重慶市國省干線公路瀝青路面結構為研究對象,首先對重慶市國省干線瀝青路面結構運行環(huán)境特征、交通特征及結構組合形式進行詳細的統(tǒng)計分析;其次,利用瀝青混合料性能試驗機(SPT)對AC13、AC20兩種瀝青混合料進行室內動態(tài)模量試驗,利用1stopt軟件進行最小二乘法數(shù)值擬合,確定AC13瀝青混合料、AC20瀝青混合料在25℃參考溫度下的動態(tài)模量主曲線函數(shù),為瀝青路面結構動力響應分析提供材料參數(shù);然后,根據(jù)國省干線瀝青路面典型結構,利用有限元軟件模擬路面結構力學響應特征,分析溫度、速度及軸載對力學響應的影響規(guī)律,并采用正交分析法分析路面結構參數(shù)與各動力響應指標的關系,得到通過調整路面結構參數(shù)改善路面受力條件的有效途徑;最后,基于LCA理念量化分析國省干線瀝青路面典型結構建設期間的環(huán)境效益,并研究路面結構參數(shù)調整對整個建設期能耗及碳排放的影響規(guī)律。論文的主要成果如下:(1)依據(jù)累年年均降雨量、最熱月最高氣溫均值以及累年年極端最低氣溫,結合重慶市地域特點,基于GIS方法將重慶公路運行環(huán)境劃分為四個區(qū)域,交通特征及路面性能存在顯著地域差異性;重慶市國省干線瀝青路面結構主要是4cm上面層+5cm/6cm下面層+20~25cm基層+20~25cm底基層,單一的結構形式與重慶市復雜的氣候交通情況呈現(xiàn)矛盾化。(2)對于重慶市國省干線瀝青路面結構動力學響應,動載作用下路面結構路基頂面豎向壓應變值小于靜載作用,而基層底拉應力、瀝青層豎向壓應力及剪應力均大于靜載作用;隨著荷載軸重的增加,在整個加載時程及空間分布內,各個動力響應指標均有所增長;與高速狀態(tài)相比,低速狀態(tài)下基層底部拉應力、路基頂面豎向壓應變、瀝青層壓應力及剪應變相對較高,剪應力較低,且低速狀態(tài)各項力學指標對速度變化更加敏感;除剪應力外,各項力學指標隨著溫度的升高均有所提高,等溫模型下力學響應指標均高于考慮溫度梯度模型,高估了半剛性基層疲勞壽命及瀝青層永久變形。(3)基層底部拉應力隨著面層厚度、基層厚度以及基層模量的增加而逐漸減小,且影響程度順序為基層厚度面層厚度基層模量;路基頂面壓應變隨著面層厚度、基層厚度以及基層模量的增加而逐漸減小,且影響程度順序為基層厚度面層厚度基層模量;瀝青層豎向壓應力隨著面層厚度增加而逐漸減小,隨著基層厚度以及基層模量的增加而增加,且影響程度順序為面層厚度基層模量基層厚度;瀝青層剪應力隨著面層厚度的增加而增加,隨著基層厚度以及基層模量的增加而逐漸減小,且影響程度順序為面層厚度基層模量基層厚度。(4)對于重慶市瀝青路面結構建設期能耗及碳排放,考慮能源原料能遠遠高于未考慮能源原料能;水泥生產始終是單位工程下能耗及碳排放的主要來源,其次為瀝青混合料拌和,集料運輸環(huán)節(jié)的比例受運距存在顯著性變化。運距較小時機械施工階段的能耗及碳排放遠遠大于材料運輸階段,當運距較大時機械施工階段的能耗及碳排放與材料運輸階段相差無幾,甚至低于材料運輸階段;考慮原料能條件下,集料運輸距離每減少1km,功能單位下能耗降低7027MJ,碳排放降低326.74kg;考慮原料能運距較小條件下,混合料拌合樓采用能源類型由重油更改為天然氣,功能單位下能耗降低7.9%,碳排放降低5.6%。(5)當進行路面結構參數(shù)優(yōu)化時,考慮原料能運距較小條件下,基層中水泥摻量每增加1%,功能單位下建設期總能耗增加113206MJ,總碳排放增加16435.8kg;面層厚度每增加1cm,功能單位下建設期總能耗增加113042.7MJ,總碳排放增加2981.8kg;基層厚度每增加1cm,功能單位建設期下總能耗增加41465MJ,總碳排放增加4839kg。
【學位單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U416.217
【部分圖文】：

萬州 PG64-10 璧山 PG64-10 酉陽 PG64-10忠縣 PG64-10 沙坪壩 PG64-10 秀山 PG64-102.1.4基于 GIS 的重慶地區(qū)干線公路運行環(huán)境分區(qū)2.1.4.1 重慶地區(qū)公路氣候要素插值分析（1）氣候要素插值方法理論上講，氣候要素的空間分布越緊密，氣候分區(qū)精度就越高，但是氣象站點有限，因此需要根據(jù)有限氣象站點數(shù)據(jù)通過插值的方法推知不具備氣象站點地區(qū)數(shù)據(jù)。目前常用的插值方法主要包括克里金插值法、樣條函數(shù)插值法、趨勢插值法、反距離權重插值法等[36][37]。反距離加權法是一種常被采用的以插值點與樣點間距離為權重的插值方法，距離越近，權重越高，本章節(jié)采用反距離插值法進行重慶地區(qū)氣候要素插值。（2）降雨量插值按照 GIS 插值分析步驟，利用反距離權重法對重慶市累年年均降雨量進行插值，重慶市 1980~2010 年 30 年累年年均降雨量圖及累年年均降雨量等值線圖分別見圖 2-4。

重慶交通大學碩士學位論文渝東北城口、開州一帶，渝西潼南、大足、永川地區(qū)累年年均降雨量最低，但分布在 980mm~1080mm 范圍內。總體來講，重慶市降雨量比較豐富，在進行重慶市瀝青路面結構設計時，需要考慮水損害的影響。（3）氣溫插值1）累年年均氣溫重慶市 1980~2010 年 30 年累年年均氣溫圖及累年年均氣溫等值線圖分別見，從圖中可以看出，重慶地區(qū)累年年均氣溫大概分布在 14℃~19℃，整個地區(qū)累年年均氣溫相差幅度不大。其中渝東北城口、渝東南黔江酉陽年均氣溫最低（<15℃），市區(qū)、渝西靠近市區(qū)及與東北萬州開州地區(qū)年均氣溫最高。

從圖中可以看出，重慶地區(qū)累年年均氣溫大概分布在 14℃~19℃，整個地區(qū)累年年均氣溫相差幅度不大。其中渝東北城口、渝東南黔江酉陽年均氣溫最低（<15℃），市區(qū)、渝西靠近市區(qū)及與東北萬州開州地區(qū)年均氣溫最高。圖 2-5 累年年均氣溫圖2）累年年極端最高溫度

【參考文獻】

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本文編號：2834145