鋪面材料回彈行為於車轍與疲勞破壞之影響評估

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李勝雄(cheng-xiong lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

鋪面材料回彈行為於車轍與疲勞破壞之影響評估

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摘要(中)

本研究主要討論的內容是探討在非均佈荷重作用下材料非線性之影響，說明如下：
本研究採用三維有限元素鋪面結構為分析模式，探討非均佈荷重、材料非線性、覆土應力對鋪面的影響。本研究續用前人已將輪胎模型模擬成輪胎與鋪面表面的接觸應力條件下，再針對材料非線性以及覆土應力的作用下，分析不同打氣胎壓與單軸雙輪載重作用下鋪面的反應，分析結果著重在車轍與疲勞破壞的應變參數，依序為最大垂直壓應變與最大水平張應變，兩種應變值決定鋪面的「使用性」，於本研究中講述兩種應變值，於國道與省道下有何不同，並比較不同胎壓與輪重下兩者鋪面的差異性。在路面績評估方面，結合論文第五章分析原理，應用於AI設計方法之車轍及疲勞龜裂模式理論，針對國道與省道兩種斷面進行鋪面破壞分析。由分析結果顯示，鋪面的表面開裂將可能發生於輪胎周圍，而鋪面的車轍破壞則發生在單軸雙輪兩輪間，而且最大壓應變發生在兩輪中心線上，鋪面發生破壞的嚴重性與重車的高胎壓、高軸重有關，所以非均佈載重與材料非線性模式更可以模擬出真實鋪面反應。

摘要(英)

This study main discuss about the influence of tire-pavement with the non-uniform contact stress with non-linear material and 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.
This study developed a 3-dimensional finite element model to discussing the effects of tire-pavement with non-uniform contact stress and non-linear material. This study ever develops a tire model to model tire-pavement non-uniform contact stress and non-linear material. The pavement response results in different tire pressure and single axle with two wheels which show that the surface crack occurred near the tires side and the surface rutting occurred under the center of the two tires. The distress relate with high tire pressure and axle load. So non-linear material can model the response of surface on pavement.
In the performance-based pavement evaluation part. The application for the rutting and tired cracks mode theorem of AI design method counter with non-uniform and uniform load to proceed to pavement effects.

關鍵字(中)

★ 柔性鋪面
★ 有限元素法
★ 回彈模數
★ 非線性分析

關鍵字(英)

★ flexible pavement
★ resilient modulus
★ finite element method
★ nonlinear analysis

論文目次

第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機及目的 2
1.3研究方法 3
1.4論文架構 3
第二章文獻回顧 5
2.1 多層彈性理論 5
2.1.1 Boussinesq理論 5
2.1.2 多層系統 5
2.1.3多層彈性理論之KENLAYER鋪面設計程式 6
2.2 鋪面破壞準則 8
2.2.1 疲勞破壞準則 8
2.2.2 車轍破壞準則 10
2.3有限元素應用於柔性鋪面結構研究分析 11
2.3.1 鋪面幾何模擬 11
2.3.2邊界條件 12
2.3.3 車輪荷重 12
2.4材料非線性行為 13
2.4.1 回彈模數設計法 14
2.4.2 回彈模數組成模式.14
2.4.3 路基土壤之回彈模數組成模式 16
2.5 輪胎與鋪面間接觸應力分佈之相關研究 16
2.6 輪胎模型建立及非均佈載重模擬18
第三章鋪面模型的建立及驗證 25
3.1三維有限元素柔性鋪面模型建立 25
3.1.1幾何形狀的模擬25
3.1.2邊界條件26
3.1.3車輪載重26
3.1.4 材料性質26
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均質半無限空間的驗証 28
3.2.2 載重作用處網格劃分驗證 29
第四章鋪面材料非線性與大地應力之研究方法 40
4.1輪胎模型 40
4.2土壤材料非線性行為 41
4.2.1 材料之回彈模數 42
4.2.2 回彈模數之定義 42
4.3基層土壤材料性質 43
4.4路基土壤材料性質 43
4.4.1 路基土壤之回彈模數組成模式([T 292-91所建議]) 44
4.4.2 路基土壤含水量變化對回彈模數之影響 45
4.4.3 路基土壤之材料非線性模式 46
4.4.4材料非線性數值模數方法 46
4.5 大地應力數值模擬方法 47
4.5.1大地應力與側向土壓力係數 47
4.5.2相關文獻及應用 48
4.6 研究方法總結 50
第五章鋪面分析的結果與比較 60
5.1鋪面疲勞破壞與車轍破壞分析 60
5.2覆土應力對於最大垂直壓應變與張應變之影響 62
5.3以最大垂直壓應變觀察鋪面車轍破壞 63
5.4 以最大水平張應變觀察鋪面疲勞破壞 64
5.5 以破壞準則觀察鋪面發生破壞之循環載重次數 64
5.6 鋪面疲勞與車轍破壞發生位置 65
第六章結論與建議 99
6.1結論 99
6.2建議 100
參考文獻 101

參考文獻

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指導教授

張瑞宏(Jui-Hung Chang)

審核日期

2004-7-14

推文