反覆載重下鋪面之車轍損傷評估

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姓名

李奇瑋(Chi-Wei Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

反覆載重下鋪面之車轍損傷評估
(Damage assessment for pavement under repeated loads)

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摘要(中)

台灣道路一般以柔性鋪面為主，由材料試驗可知，回彈模數會受到反覆載重的影響，因此本研究採用三維有限元素法來探討柔性鋪面承受反覆載重作用下，鋪面的車轍與疲勞之損傷評估。研究中考慮覆土應力、不同胎壓、軸重與含水量，利用材料試體試驗所得之回彈模數值，配合 AASHTO 2002 鋪面成效回歸式來評估其受反覆載重後，鋪面損傷程度。
研究結果顯示，在鋪面結構分析的部份，路基土壤含水量增加時，對鋪面結構的影響也相對增加；在軸重、胎壓與含水量同時增加的情況下，對鋪面之影響，會比單一增加下影響來的大。在鋪面損傷分析的部份，鋪面的損傷會隨著反覆載重次數、胎壓、軸重及路基土壤含水量的增加而增加。

摘要(英)

Flexible pavement under repeated loads is an important factor in design pavements. According to material experiments, resilient modulus is affected by repeated traffic loads. In this study, a series of three-dimensional finite element analyses is performed to study the damage of pavement caused by rutting and fatigue, with the pavement subjected to repeated loads. The damage of pavement is evaluated by considering various wheel loads, various inflation pressures, moisture content in soil, the body force of pavement, resilient modulus obtained from the material experiments, and AASHTO 2002 Design Guide.
The results indicate that the more moisture the subgrade soil possesses, the larger influence the pavement structure is affected. The effect of pavement is larger when wheel load and inflation pressure increase at the same time. The damage of pavement increases while repeated loading, wheel loads, inflation pressures, and moisture contents in subgrade soils increase.

關鍵字(中)

★ 三維有限元素法
★ 車轍
★ 疲勞開裂
★ 反覆載重
★ 永久變位

關鍵字(英)

★ repeated loading
★ three-dimensional finite element
★ permanent deformation
★ fatigue cracking
★ rutting

論文目次

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
第一章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法 2
1.4 論文架構 3
第二章文獻回顧 6
2.1 鋪面力學分析方法之背景 6
2.1.1 彈性理論 6
2.1.2 鋪面分析設計程式 KENLAYER 7
2.2 有限元素法於三維柔性鋪面之應用 8
2.2.1 有限元素程式 ABAQUS 9
2.2.2 柔性鋪面幾何模擬 10
2.2.3 邊界條件 11
2.2.4 車輪荷重 11
2.2.5 鋪面材料在ABAQUS上永久變位行為之應用 13
2.3 路基土壤之回彈模數 14
2.3.1 路基土壤回彈模數之發展歷史 15
2.3.2 路基土壤回彈模數組成模式 16
2.4 鋪面破壞型式 18
2.4.1 車轍破壞準則 19
2.4.2 疲勞破壞準則 24
第三章鋪面模型的建立、驗證 29
3.1 三維有限元素柔性鋪面模型建立 29
3.1.1 鋪面模型幾何模擬 31
3.1.2 鋪面模型材料性質 35
3.1.3 鋪面模型邊界條件 36
3.1.4 鋪面模型車輪載重 37
3.2 柔性鋪面模型的驗證 39
3.2.1 均質半空間網格數驗證 39
3.2.2 載重作用處網格劃分驗證 40
3.2.3 對移動載重與靜態載重之比較 41
第四章以有限元素法計算反覆載重下鋪面結構應力應變場 47
4.1 材料性質之文獻說明 47
4.1.1 反覆載重下鋪面材料試驗方法 47
4.1.2 反覆載重下鋪面材料試驗所得結果 49
4.2 反覆載重下柔性鋪面力學行為反應 53
4.2.1 大地應力與側向土壓力 55
4.2.2 柔性鋪面結構計算分析方法 56
4.2.3 柔性鋪面結構計算分析結果 59
第五章鋪面受反覆載重下之破壞分析 68
5.1 車轍破壞 68
5.2 疲勞破壞 74
5.2.1 疲勞破壞綜合討論 77
第六章結論與建議 78
6.1 結論 78
6.2 建議 79
參考文獻 80
附錄-1 ABAQUS 輸入檔說明 83
附錄-2 大地應力於ABAQUS輸入檔格式 84
附錄-3 副程式（USDFLD）說明 85

參考文獻

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指導教授

張瑞宏(Jui-Hung Chang)

審核日期

2007-7-19

推文