柔性鋪面之績效評估與非均佈荷重效應

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張永生(Yung-Sheng Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

柔性鋪面之績效評估與非均佈荷重效應
(The performance-based pavement evaluation and effect of non-uniform contact stresses on flexible pavement)

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摘要(中)

摘要
本研究所討論的內容分成二大部份，一是鋪面績效評估，另一是探討非均佈荷重所造成之影響，分別說明如下：
在路面績效評估方面，本研究以三維有限元素鋪面結構分析模式，根據中山高速公路軸重調查，分析中山高速公路斷面在交通載重下的鋪面結構反應，並且以應變狀態做為路面績效評估時破壞準則的依據。分析結果與AASHTO設計準則建議值比較下顯示，損害普遍較AASHTO以服務指數經驗方法估算之損害程度為高，依AASHTO設計法設計之路面會低估交通載重對鋪面之損害，而可能發生較設計年限提早破壞的情形。
在探討非均佈荷重之影響方面，本研究所以輪胎模型模擬出輪胎與鋪面表面的接觸應力，分析不同打氣胎壓與單軸雙輪載重作用下對鋪面的反應。分析結果顯示，鋪面的表面開裂將可能發生雙輪中央處；而鋪面的表面車轍將可能發生在接近輪胎邊緣處，並且破壞與重車的高胎壓、高軸重有關。在以均佈荷重作用於柔性鋪面上，並無法模擬出鋪面表面的反應，只有非均佈載重可以模擬出真實鋪面反應。

摘要(英)

ABSTRACT
This study consists of two parts. One is performance-based pavement evaluation; the other is the influence of tire-pavement non-uniform contact stresses.
In the part of performance-based pavement evaluation, this study developed a 3-dimensional finite element model in calculating pavement response under traffic loading. The effects of the Sun Yat-Sen Freeway section on pavement damage caused by traffic loading are analyzed. The results show that, by compare is with AASHTO design guide, the AASHTO equivalent axle load factor used to design tends to underestimate the pavement damage.
In the influence of tire-pavement non-uniform contact stresses, this study developed a tire model to model tire-pavement non-uniform contact stresses. The results show that, the surface crack occurred center of two tires; and the surface rutting occurred at the near tire edge. The distress relates with high tire pressure and axle load. The tire-pavement uniform contact stress can’t model the response of surface on pavement, only non-uniform contact stress can.

關鍵字(中)

★ 接觸應力
★ 車轍
★ 開裂
★ 瀝青混凝土

關鍵字(英)

★ contact stress
★ rutting
★ cracking
★ asphalt concrete

論文目次

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章緒論 I
1.1前言 1
1.2研究動機及目的 1
1.3研究方法 2
1.4論文架構 3
第二章文獻回顧 4
2.1 多層彈性理論 4
2.1.1 Boussinesq理論 4
2.1.2 多層系統 4
2.1.3多層彈性理論鋪面設計程式KENLAYER 8
2.2 鋪面破壞準則 9
2.2.1 疲勞破壞準則 10
2.2.2 車轍破壞準則 11
2.3中山高速公路軸重調查 13
2.4 路面結構強度指數 15
2.5 三維有限元素應用於柔性鋪面之相關研究 16
2.5.1 鋪面幾何模擬 16
2.5.2邊界條件 16
2.5.3 車輪荷重 17
2.6 輪胎與鋪面間接觸應力分佈之相關研究 18
2.7 LAGRANGE內插值函數 21
第三章鋪面模型的建立及驗證 23
3.1三維有限元素柔性鋪面模型建立 23
3.1.1幾何模擬 23
3.1.2邊界條件 25
3.1.3車輪載重 25
3.1.4 材料性質 27
3.1.5有效路基深度的分析 27
3.2 柔性鋪面模型的驗証 28
3.2.1均質半空間驗証 28
3.3.2 三層鋪面系統的驗証 30
第四章非均佈荷重模型的建立及驗證 33
4.1 三維有限元素輪胎模型建立 33
4.2 非均佈輪荷重的驗証 35
第五章鋪面績效評估的分析結果與討論 44
5.1破壞準則分析與AASHTO設計準則之比較 44
5.1.1 AASHTO設計準則 44
5.1.2 破壞準則分析 45
5.1.3單軸載重的分析結果 45
5.1.4雙軸載重的分析結果 51
5.2各車種對鋪面績效影響 51
5.3 載重車輛胎壓對鋪面績效的影響 54
5.4 路基土壤對鋪面破壞準則之影響 56
5.4.1單軸載重的分析結果 57
5.4.2雙軸載重的分析結果 61
5.4.3考慮中山高速公路軸重分佈調查 61
5.4.4 對ESAL之影響 64
第六章非均佈輪荷重對鋪面影響的分析結果與討論 65
6.1 非均佈荷重施加於鋪面之方法 65
6.2 比較均佈載重與非均佈載重對鋪面的影響 69
6.2.1 以軸向應力觀察鋪面反應 70
6.2.2 以主剪應力觀察鋪面反應 71
第七章結論與建議 83
7.1結論 83
7.2建議 84
參考文獻 86

參考文獻

參考文獻
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指導教授

張瑞宏(Jui-Hung Chang)

審核日期

2002-7-5

推文