三維有限元素應用於柔性鋪面之非線性分析

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馮天正(Tin-Cheng Fong) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

三維有限元素應用於柔性鋪面之非線性分析
(Nonlinear Analysis of Flexible Pavement Using Three-Dimensional Finite Element Method)

相關論文

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摘要(中)

本研究主要探討鋪面在不同的斷面，及使用不同的材料情況下，重車對路基土壤頂端壓應變和瀝青面層底部張應變之影響。針對設於中央大學的兩個試驗斷面，以商用軟體ABAQUS有限元素數值分析程式，建立三維有限元素鋪面模型，分別以線性及非線性分析對軸載重下鋪面結構之反應進行探討。採用不同的軸重及接觸胎壓施加於柔性鋪面上，考慮基層及路基土壤回彈模數之非線性行為，擷取道路斷面下最大之壓應變和張應變進行分析。
結果顯示在雙軸載重下，以傳統二維疊加方法分析柔性鋪面所得之反應，於面層底部張應變及路基土壤頂端壓應變均較三維分析結果有高估現象，因此在多軸載重下之鋪面分析，使用三維有限元素分析確有必要。而比較柔性鋪面線性與非線性分析，所得的結果具有一定程度的差異。此外，接觸胎壓對面層底部張應變之影響較大，軸重則對路基頂端壓應變之影響較大。當低軸重下隨接觸胎壓之提高，將使軸重當量因子有明顯的提高，此時軸重當量因子由面層底部張應變控制，而隨著載重的提高，軸重當量因子則逐漸由路基頂端壓應變所控制。

摘要(英)

This study focuses on effects of the tensile strain at the bottom of the surface layer and the compressive strain at the top of the subgrade soil caused by heavy vehicles on different cross-sections of flexible pavement. This study uses the well-developed software, ABAQUS, to develop a pavement analysis model using three-dimensional finite element method. The study also explores the linear and nonlinear materials for the two testing pavement sections in the campus of National Central University.
The results revealed that the pavement response using linear and nonlinear analysis can be somewhat different. The tire contact pressure has a lager influence on the tensile strain at the bottom of surface layer. On the other hand, the axle load has a greater effect on the compressive strain at the top of subgrade. In addition, increasing the contact pressure under low axle loads cause significant increase in the equivalent axle load factor. Meanwhile, the equivalent axle load factor is controlled by the tensile strain at the bottom of the surface layer; and with the increase in axle load, the equivalent axle load factor will then be controlled by the compressive strain at the top of the subgrade soil.

關鍵字(中)

★ 柔性鋪面
★ 非線性分析
★ 有限元素法
★ 回彈模數

關鍵字(英)

★ nonlinear analysis
★ flexible pavement
★ resilient modulus

論文目次

第一章緒論1
1.1研究目的1
1.2研究內容1
1.3研究方法2
第二章文獻回顧4
2.1多層彈性理論4
2.1.1計算輪胎對路面所造成的應力4
2.1.2圓形均佈荷重中心下方之垂直應力增量5
2.1.3輪荷重位置與接觸面積之決定6
2.1.4多層彈性系統7
2.1.5多層彈性理論鋪面設計程式7
2.2路基土壤之彈性模數10
2.3有限元素法應用於鋪面結構分析13
2.3.1有限元素法鋪面分析程式13
2.3.2連體的基本定律14
2.3.3有限元素法16
2.3.4軸對稱的工程問題17
2.3.5半無限空間元素18
2.3.6有限元素法模擬半無限空間18
2.3.7三維有限元素模型之建立19
2.4軸重當量因子20
2.5回彈模數設計法22
2.6材料非線性行為23
2.7路面結構強度指數24
第三章研究方法29
3.1ABAQUS有限元素法軟件29
3.2試驗斷面30
3.3施加載重31
3.4擷取數據32
3.5參數變化範圍32
3.6有限元素模型驗証34
3.7道路斷面模型之建立34
3.8選定材料模式36
3.9設定邊界條件37
3.10土壤非線性行為方程式37
3.11自撰擷取分析程式38
第四章結果與討論49
4.1驗証道路有限元素模型之可靠性49
4.2線彈性三維有限元素鋪面模型相關分析55
4.2.1單軸載重重車對鋪面影響的相關分析56
4.2.2雙軸載重重車對鋪面影響的相關分析58
4.2.3軸重當量因子(Equivalency Factor, EF)60
4.3非線性三維有限元素鋪面模型相關分析62
4.3.1線性與非線性分析之比較62
4.3.2鋪面結構強度指數62
第五章結論與建議113
5.1有限元素模型之驗証113
5.2線彈性材料的相關分析114
5.3軸重當量因子之研究結果114
5.4非線性分析之研究結果115
5.5建議116
參考文獻117

參考文獻

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指導教授

黃偉慶(Wei-Hsing Huang)

審核日期

2000-7-11

推文