重車與環境因素對柔性鋪面的影響

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林宗賢(Tsung-Hsien Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

重車與環境因素對柔性鋪面的影響
(The impacts of heavy vehicles and environment factor to flexible pavements)

相關論文

★ 公共工程統包模式執行專案成員間問題之研究	★ 水泥製程於資源再利用之研究
★ 防水毯的生管與品管之探討	★ 建置生命紀念園區營運階段管理模式之研究以新北市某民間公共紀念園區為例
★ 軍用機場跑道鋪面維護管理暨搶修作業機制之研究	★ TAF 檢驗機構認證申請之研究- 以混凝土後置式化學錨栓檢驗為例
★ 利用UML建構實驗室資訊管理平台-以合約審查為例	★ 營建施工管理導入即時性資訊傳遞工具功能需求之研究
★ 鋪面養護決策支援分析模式之研究	★ 營建材料實驗室量測系統評估及誤差分析
★ 以績效為基礎的公路養護組織與機制之研究	★ 智慧型鋪面檢測車平坦度量測驗證與應用
★ 公路設施養護管理程序建立及成本分析之研究-以IDEF方法建立鋪面養護作業程序	★ 利用花崗岩及玻璃回收料製造功能性人造石材之研究
★ 自動化鋪面平整度量測分析與破壞影像偵測系統之研究	★ 鋪面缺陷影像辨識系統應用於路網檢測之研究

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摘要(中)

台灣地處亞熱帶，高溫多雨的氣候，造成鋪面材料強度衰減，進而加速鋪面破壞，影響服務效能，除了環境因素外，台灣特殊的交通載重特性，使得重車亦成為鋪面破壞的重要原因。
本研究主要之目的在由鋪面材料受環境影響的觀點出發，針對造成鋪面損壞主要因素重車，依據實際調查之軸重與胎壓數據，分析重車對鋪面損壞的影響程度，以提供公路管轄單位作為重車之載重限制及提昇路面材料成效之參考依據。
本研究收集鋪面材料性質、縣道110線的交通量及重車軸重資料，以KENLAYER建構一非線性鋪面模型，並將全年分為高溫季、低溫季，以了解不同溫度季節對鋪面破壞的影響分析，也以雨量考量了乾季、溼季對鋪面破壞的影響，由分析結果得知，高溫季及溼季佔了全年鋪面破壞比例的大部份，也因此針對高溫季及溼季限制軸重或限制胎壓，應為一可行的鋪面破壞改善方式，此外，為明確定義鋪面有效溫度，亦實際進行了鋪面溫度的量測，並利用鋪面模型驗證，結果顯示，鋪面深度2 cm ~ 7 cm的溫度，為最佳的鋪面有效溫度。

摘要(英)

This thesis aims at investigating the effects of heavy vehicles, high temperature, and water on the distress and performance of flexible pavements in Taiwan. First of all, the author collects and analyses the most usual pavement material, which contains HMA, granular subbase, and subgrade. Second, he uses KENLAYER, which is one of the most widespread pavement design programs, to construct pavement models to proceed the consequent analyses.
In order to understand the concept of pavement effective temperature, the author also observes the relation between temperature and pavement depth, from the observation, he proposes the temperature in the depth of 2cm to 7cm could be the best pavement effective temperature.

關鍵字(中)

★ 重車
★ 鋪面有效溫度

關鍵字(英)

★ Pavement effective temperature
★ Heavy vehicles

論文目次

目錄
目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 VIII
第一章緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 1
1.3研究範圍 2
1.4研究流程 2
第二章文獻回顧 4
2.1黏彈性理論 4
2.1.1力學模式 4
2.1.2潛變模數 7
2.2路基土壤及未處理基底層之回彈模數 10
2.2.1顆粒狀土壤 10
2.2.2凝聚性土壤 11
2.3鋪面破壞分析 13
2.3.1疲勞裂縫 14
2.3.2車轍 16
2.4鋪面設計軟體介紹 17
2.4.1 BISAR 17
2.4.2 SPDM-PC 18
2.4.3 DAMA 19
2.4.4 KENLAYER 20
2.5鋪面有效溫度的決定 22
2.6國內相關研究 25
第三章研究計畫與鋪面厚度設計因子分析 28
3.1研究計畫 28
3.2鋪面材料的力學性質 29
3.2.1瀝青混凝土 29
3.2.2碎石級配基底層與路基土壤 32
3.2.3路基土壤 38
3.3交通載重資料 43
3.3.1軸重調查 44
3.3.2胎壓調查 45
3.3.3輪距與軸距 46
3.4鋪面結構 46
3.5柔性鋪面溫度梯度的量測 47
第四章溫度對鋪面結構破壞的影響分析 48
4.1柔性鋪面有效溫度 48
4.1.1柔性鋪面溫度梯度量測 48
4.1.2鋪面有效溫度的決定 51
4.1.3溫度對柔性鋪面材料性質的影響 61
4.2溫度對鋪面結構的影響 65
4.2.1溫度對瀝青混凝土面層的影響 67
4.2.2限制軸重對鋪面結構破壞的改善 69
4.2.3限制胎壓對鋪面結構破壞的改善 71
4.2.4限制軸重與限制胎壓的比較 72
4.3不同溫度地區對鋪面結構的影響 73
4.3.1不同溫度季節對鋪面破壞的影響 74
4.3.2限制軸重與限制胎壓對鋪面結構破壞的改善 75
4.3.3限制軸重與限制胎壓的比較 76
4.4不同車型對鋪面破壞的影響 77
4.5小結 81
第五章水對鋪面結構的影響 83
5.1水對基底層及路基土壤的影響 83
5.2水對鋪面結構的影響 87
5.3敏感度分析 90
第六章結論與建議 93
6.1結論 93
6.2建議 94
參考文獻 95
附錄A 99
圖目錄
圖1.1 研究流程圖 3
圖2.1 力學模式 5
圖2.2 BURGERS MODEL 7
圖2.3 BURGERS MODEL時間與應變關係圖 7
圖2.4 典型BURGERS MODEL的潛變模數(AFTER IIDA(1980)) 8
圖2.5 不同溫度下的潛變模數(AFTER HUANG(1993)) 9
圖2.6 平移因子和溫度的關係圖(AFTER HUANG(1993)) 9
圖2.7 典型顆粒狀土壤試驗結果 11
圖2.8典型凝聚性土壤試驗結果 12
圖2.9 凝聚性土壤回彈模數(雙線性)關係圖 12
圖2.10 瀝青混凝土疲勞試驗 15
圖2.11 動態載重示意圖 21
圖2.12 鋪面表面溫度及前五天平均氣溫的和與各種深度的鋪面溫度之關係圖 23
圖3.1 靜態潛變試驗 30
圖3.2 20℃的潛變模數 31
圖3.3 40℃的潛變模數 31
圖3.4 60℃的潛變模數 32
圖3.5 C. K. CHAN動力三軸加壓系統 33
圖3.6 未飽和-OMC的碎石級配料回彈模數 35
圖3.7 飽和-OMC的碎石級配料回彈模數 35
圖3.8 未飽和-OMC-2%的碎石級配料回彈模數 36
圖3.9 飽和-OMC-2%的碎石級配料回彈模數 36
圖3.10 未飽和-OMC+2%的碎石級配料回彈模數 37
圖3.11 飽和-OMC+2%的碎石級配料回彈模數 37
圖3.12 未飽和-OMC的路基土壤回彈模數 40
圖3.13 飽和-OMC的路基土壤回彈模數 40
圖3.14 未飽和-OMC-2%的路基土壤回彈模數 41
圖3.15 飽和-OMC-2%的路基土壤回彈模數 41
圖3.16 未飽和-OMC+2%的路基土壤回彈模數 42
圖3.17 飽和-OMC+2%的路基土壤回彈模數 42
圖3.18 典型輪距與軸距 46
圖3.19 本研究所假設的鋪面模型 46
圖3.20 量測鋪面表面及各深度溫度 47
圖3.21 小型氣象站量測氣溫 47
圖4.1 民國92年5月13日的溫度觀測圖 48
圖4.2 鋪面深度與溫度的關係(升溫期) 49
圖4.3 鋪面深度與溫度的關係(降溫期) 49
圖4.4(A) 依溫度將面層分三部份 51
圖4.4(B) 假設面層溫度均勻分佈 51
圖4.5 鋪面深度和溫度的關係-12:30 52
圖4.6 依溫度將面層分成二部份 54
圖4.7 鋪面深度和溫度的關係-16:00 55
圖4.8 鋪面深度和溫度的關係-10:30 56
圖4.9 鋪面深度和溫度的關係-11:00 57
圖4.10 鋪面深度和溫度的關係-13:00 58
圖4.11 鋪面深度和溫度的關係-14:00 59
圖4.12 鋪面深度和溫度的關係-15:00 60
圖4.13 第一階段最小變異數法集群分析樹狀圖 62
圖4.14 高溫季限制雙軸軸重與鋪面壽命關係圖 70
圖4.15 高溫季限制胎壓與鋪面壽命的關係圖 71
圖4.16 高溫季限制軸重與鋪面壽命比值的關係(以32KIP為標準) 72
圖4.17 高溫季限制胎壓與鋪面壽命比值的關係(以120PSI為參考胎壓) 73
圖4.18 限制軸重與鋪面壽命的關係(恆春氣象站) 75
圖4.19 限制胎壓與鋪面壽命的關係(恆春氣象站) 75
圖4.20 新竹與恆春地區限制軸重和鋪面壽命的關係 76
圖4.21 新竹與恆春地區限制胎壓和鋪面壽命的關係 76
圖4.22 針對TYPE 41限制軸重與鋪面壽命關係圖 78
圖4.23 針對TYPE 41限制胎壓與鋪面壽命關係圖 79
圖4.24 針對TYPE 41限制軸重與鋪面壽命比值的關係(以32 KIP為標準) 80
圖4.25 針對TYPE 41限制胎壓與鋪面壽命比值的關係(以120 PSI為參考胎壓) 80
圖5.1 在溼季限制軸重與鋪面壽命的關係 85
圖5.2 在溼季限制胎壓與鋪面壽命的關係 85
圖5.3 在溼季限制軸重與鋪面壽命比值的關係(以32 KIP為標準) 86
圖5.4 在溼季限制軸重與鋪面壽命比值的關係(以120 PSI 為參考胎壓) 86
圖5.5 限制軸重與鋪面壽命的關係 88
圖5.6 限制胎壓與鋪面壽命的關係 88
圖5.7 限制軸重與鋪面壽命比值的關係(以32 KIP為標準) 89
圖5.8 限制胎壓與鋪面壽命比值的關係(以120 PSI 為參考胎壓) 89
圖5.9 疲勞裂縫破壞比例比較圖 90
圖5.10 疲勞裂縫破壞比例比較圖(以20℃-OMC為參考值) 91
圖5.11 車轍破壞比例比較圖 92
圖5.12 車轍破壞比例比較圖(以20℃-OMC為參考值) 92
圖A1 胎壓80 PSI的模型(12:30) 99
圖A2 胎壓120 PSI的模型(12:30) 99
圖A3 鋪面深度和溫度的關係-10:30(胎壓80 PSI) 102
圖A4 鋪面深度和溫度的關係-11:00(胎壓80 PSI) 103
圖A5 鋪面深度和溫度的關係-12:30(胎壓80 PSI) 104
圖A6 鋪面深度和溫度的關係-13:00(胎壓80 PSI) 105
圖A7 鋪面深度和溫度的關係-14:00(胎壓80 PSI) 106
圖A8 鋪面深度和溫度的關係-15:00(胎壓80 PSI) 107
圖A9 鋪面深度和溫度的關係-16:00(胎壓80 PSI) 108
圖A10 鋪面深度和溫度的關係-10:30(胎壓120 PSI) 109
圖A11 鋪面深度和溫度的關係-11:00(胎壓120 PSI) 110
圖A12 鋪面深度和溫度的關係-12:30(胎壓120 PSI) 111
圖A13 鋪面深度和溫度的關係-13:00(胎壓120 PSI) 112
圖A14 鋪面深度和溫度的關係-14:00(胎壓120 PSI) 113
圖A15 鋪面深度和溫度的關係-15:00(胎壓120 PSI) 114
圖A16 鋪面深度和溫度的關係-16:00(胎壓120 PSI) 115
表目錄
表2.1 柔性鋪面疲勞裂縫破壞預測模式 15
表2.2 柔性鋪面車轍破壞預測模式 17
表2.3 BISAR程式特性 17
表2.4 SPDM-PC程式特性 19
表2.5 DAMA程式特性 20
表2.6 KENLAYER程式特性 21
表2.7 不受日照影響時(0:00)溫度與深度的關係 24
表2.8 受日照影響時(12:00)溫度與深度的關係 24
表3.1 瀝青膠泥基本物理性質 29
表3.2 瀝青混凝土級配表 29
表3.3 不同溫度下的潛變數據 31
表3.4 碎石級配表 32
表3.5 碎石級配料回彈模數試體製作條件 34
表3.6 碎石級配料回彈模數數據 34
表3.7 路基土壤基本物理性質試驗 38
表3.8 路基土壤篩分析數據 38
表3.9 路基土壤回彈模數試驗試體製作條件 39
表3.10 路基土壤回彈模數數據 39
表3.11 縣道110線重車交通量調查資料 43
表3.12 車型示意圖 44
表3.13 軸重調查資料(KIP) 44
表3.14 胎壓調查資料(PSI)-84年 45
表3.15 胎壓調查資料(PSI)-90年 45
表4.1 鋪面深度2CM及5CM時的溫度(℃) 50
表4.2 不同溫度的撓度和水平張應變 53
表4.3 撓度和水平張應變與實際值的比較-12:30 54
表4.4 撓度和水平張應變與實際值的比較-16:00 55
表4.5 撓度和水平張應變與實際值的比較-10:30 56
表4.6 撓度和水平張應變與實際值的比較-11:00 57
表4.7 撓度和水平張應變與實際值的比較-13:00 58
表4.8 撓度和水平張應變與實際值的比較-14:00 59
表4.9 撓度和水平張應變與實際值的比較-15:00 60
表4.10 K平均數法集群分析(分成三群) 63
表4.11 K平均數法集群分析(分成二群) 64
表4.12 新竹氣象站月均溫(1991~2000) 66
表4.13 縣道110線重車交通量調查資料 66
表4.14 不同溫度季節對鋪面破壞分析 67
表4.15 瀝青混凝土勁度模數(25℃) 68
表4.16 瀝青混凝土勁度模數(40℃) 68
表4.17 高溫季限制雙軸軸重為40KIP對鋪面結構的影響 69
表4.18 高溫季限制雙軸軸重為38KIP對鋪面結構的影響 70
表4.19 高溫季限制胎壓為120PSI對鋪面結構的影響 71
表4.20 恆春氣象站月均溫(1971~2000) 74
表4.21 不同溫度季節對鋪面破壞分析(恆春氣象站溫度資料) 74
表4.22 不同車型對鋪面破壞的影響 77
表4.23 針對TYPE 41限制軸重對鋪面破壞的影響 78
表4.24 針對TYPE 41限制胎壓對鋪面破壞的影響 79
表5.1 基底層及路基土壤的回彈模數(MR)性質 83
表5.2 新竹氣象站月平均雨量(1991~2000) 84
表5.3 乾溼季節對鋪面破壞的影響 84
表5.4 浸水抽氣前後回彈模數比較 87
表A1 不同溫度的撓度和水平張應變(胎壓80 PSI) 100
表A2 不同溫度的撓度和水平張應變(胎壓120 PSI) 101
表A3 撓度和水平張應變與實際值的比較-10:30(胎壓80 PSI) 102
表A4 撓度和水平張應變與實際值的比較-11:00(胎壓80 PSI) 103
表A5 撓度和水平張應變與實際值的比較-12:30(胎壓80 PSI) 104
表A6 撓度和水平張應變與實際值的比較-13:00(胎壓80 PSI) 105
表A7 撓度和水平張應變與實際值的比較-14:00(胎壓80 PSI) 106
表A8 撓度和水平張應變與實際值的比較-15:00(胎壓80 PSI) 107
表A9 撓度和水平張應變與實際值的比較-16:00(胎壓80 PSI) 108
表A10 撓度和水平張應變與實際值的比較-10:30(胎壓120 PSI) 109
表A11 撓度和水平張應變與實際值的比較-11:00(胎壓120 PSI) 110
表A12 撓度和水平張應變與實際值的比較-12:30(胎壓120 PSI) 111
表A13 撓度和水平張應變與實際值的比較-13:00(胎壓120 PSI) 112
表A14 撓度和水平張應變與實際值的比較-14:00(胎壓120 PSI) 113
表A15 撓度和水平張應變與實際值的比較-15:00(胎壓120 PSI) 114
表A16 撓度和水平張應變與實際值的比較-16:00(胎壓120 PSI) 115

參考文獻

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指導教授

林志棟(Jyh-Dong Lin)

審核日期

2003-7-14

推文