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系統識別號 U0002-1703201000142600
中文論文名稱 有限尺寸與荷重傳遞效應對剛性鋪面回算之影響
英文論文名稱 Effects of Slab Size and Load Transfer Efficiency on Rigid Pavement Backcalculation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 98
學期 1
出版年 99
研究生中文姓名 李彥志
研究生英文姓名 Yen-Chin Lee
學號 695381201
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-01-16
論文頁數 69頁
口試委員 指導教授-李英豪
委員-劉明仁
委員-林世泰
中文關鍵字 剛性鋪面  回算  非破壞性試驗(NDT)  有限元素法  荷重傳遞  美國長程鋪面績效(LTPP) 
英文關鍵字 rigid pavement  backcalculation  nondestructive testing (NDT)  finite element method (FEM)  load transfer  LTPP 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 非破壞試驗(NDT)儀器被廣泛地用來評估既有鋪面之現況,鋪面各層的彈性模數值通常係由面層撓度資料回算而得。因鋪面撓度量測值會因許多因素不同而異,本研究主要目的在探討有限尺寸與荷重傳遞效應對剛性鋪面回算之影響。
本研究首先將對AASHTO所建議的二層剛性鋪面回算流程進行分析驗證。雖然該流程中已考量有限尺寸的修正方式,然而其對於現地鋪面回算之適用性問題則有待進一步的討論。本研究係利用ISLAB2000有限元素程式來協助後續的分析,並透過執行一系列的有限元素程式來建立鋪面的結構反應資料庫。
理論分析結果發現有限尺寸與荷重傳遞效應對於所產生的撓度值有明顯的影響。版尺寸較大時,最大撓度值會接近Westergaard的無限版理論解。當版的尺寸變小時,AASHTO所建議的有限尺寸修正方式確有其必要性,否則回算結果將可能被低估。而荷重傳遞效應會使短版塊間產生連鎖的效應,回算分析時可將其視為無限版塊,毋須做有限尺寸修正。
再者,本研究並擷取美國長程鋪面績效(LTPP)資料庫之現地回算資料,再與實驗室的彈性模數值相互比對。結果發現其間仍存在有相當高的變異性,亦指出仍需要對現有的最新回算技術做更深入的研究。研究中亦發現對於現地鋪面之回算問題,不論是長版塊或短版塊,或許是因為版塊間有荷重傳遞效應的存在,並無有限尺寸修正的必要。
英文摘要 Non-Destructive Testing (NDT) devices have been widely adopted to evaluate existing pavement conditions. The surface deflection data was often used to backcalculate the elastic moduli of pavement layers. Since there existed many factors affecting the deflection measurements, the primary objective of this study was to investigate the effects of finite slab sizes and load transfer efficiency on rigid pavement backcalculation.
The two-layer backcalculation approach proposed by the AASHTO for the structural evaluation of existing rigid pavements was first investigated. Even though the proposed approach has already provided adjustment factors to account for the effects of finite slab sizes, their applicability to in-service pavement backcalculation problems was yet to be further discussed. The ISLAB2000 finite element (FE) program was adopted to assist in the following analyses. Structure response databases were created through a series of FE factorial runs.
Theoretical investigation indicated that finite slab sizes and load transfer efficiency did have significant effects on the resulting FE deflections. For longer slab, the maximum deflection is close to the Westergaard infinite slab solution. For shorter slab, the AASHTO’s proposed adjustment for the finite slab size effects is indeed necessary; otherwise the backcalculated layer moduli might be significantly underestimated. Since load transfer efficiency will result in interlocking effects on shorter slabs which can be treated as infinite slabs, no slab size adjustment on backcalculation results is needed.
Furthermore, the laboratory tested layer moduli were compared with the backcalculated moduli using the Long-Term Pavement Performance (LTPP) database. Relatively high variability between them was observed indicating that further research study is needed to improve the current state-of-the-art backcalculation approach. In addition, it was also found that for practical backcalculation problems of in-service pavements, the slab size adjustment was not necessary for both shorter slabs and longer slabs, perhaps due to the fact that these pavements were interlocked by load transfer effects.
論文目次 圖目錄IV
表目錄VI
第一章 緒論1
1-1 研究緣起1
1-2 研究目的2
1-3 研究內容及步驟2
1-4 論文組織架構3
第二章 文獻回顧4
2-1 鋪面撓度值影響因素4
2-2 剛性鋪面撓度值基本理論5
2-2-1 路基基礎模擬方式5
2-2-2 Westergaard無限版理論6
2-3 回算方法限制與改進8
2-3-1 舊有閉合解回算方法8
2-3-2 舊有閉合解回算方法之修正9
2-3-3 現行閉合解回算方法10
2-4 LTPP資料庫程式之應用11
2-5 有限元素法程式之選用12
2-6 因次分析與控制參數之設定14
2-6-1 受車輪載重單獨作用15
2-6-2 受載重與溫差複合作用16
2-7 綜合結論17
第三章 剛性鋪面結構反應資料庫建立19
3-1 資料庫建立方式19
3-2 網格切割原則25
3-3 參數範圍設定26
3-3-1 載重單獨作用控制參數設定27
3-3-2 載重與溫差複合作用控制參數設定28
3-4 資料庫建立與資料彙整30
第四章 設計因子之回算影響理論分析32
4-1 設計因子對撓度影響分析32
4-1-1 尺寸效應對撓度值影響分析32
4-1-2 荷重傳遞效應對撓度值影響分析33
4-2 回算方法應用35
4-2-1 AASHTO剛性鋪面回算方法35
4-2-2 網格切割方式38
4-2-3 回算資料擷取與彙整41
4-3 回算結果分析42
4-3-1 尺寸效應對回算之影響43
4-3-2 荷重傳遞效應對回算之影響45
4-4 結果討論46
第五章 設計因子之現地影響分析47
5-1 現地資料分析48
5-1-1 DataPave程式使用介紹48
5-1-2 回算資料介紹51
5-2 相關資料擷取53
5-2-1 一般資料擷取56
5-2-2 回算資料擷取57
5-2-3 試驗資料擷取58
5-3 分析結果討論59
第六章 結論與建議63
6-1 結論63
6-2 建議65
參考文獻67
圖 2-1 溫氏基礎6
圖 2-2 彈性固體基礎6
圖 2-3 鋪面版塊受壓後變位示意圖8
圖 2-4 單輪載重在中央時之撓度值比較13
圖 2-5 單輪載重在中央時之應力值比較14
圖 3-1 ISLAB2000操作介面20
圖 3-2 網格切割設定21
圖 3-3 設定輪軸載重型式及作用位置21
圖 3-4 多版塊時版塊接縫的輸入設定22
圖 3-5 鋪面版與路基基礎與溫差的設定22
圖 3-6 ISLAB2000主程式轉換出來的輸入檔格式23
圖 3-7 ISLAB2000輸出檔所得的分析結果24
圖 3-8 ISLAB2000主應力展示圖24
圖 3-9 ISLAB2000撓度展示圖25
圖 3-10不同位置轉換成方形荷重示意圖26
圖 4-1 尺寸效應對最大撓度值之影響33
圖 4-2 荷重傳遞效應(四塊)對最大撓度值之影響34
圖 4-3 荷重傳遞效應(九塊)對最大撓度值之影響35
圖 4-4 網格切割位置修改示意圖39
圖 4-5 網格切割位置修改-最大撓度比較圖40
圖 4-6 網格切割位置修改-邊緣撓度比較圖40
圖 4-7 輸出檔中各個感應器之相關撓度位置41
圖 4-8 擷取資料格式整理42
圖 5-1 選取路段49
圖 5-2 接縫式剛性鋪面之路段選取49
圖 5-3 鋪面資料與非破壞試驗資料50
圖 5-4 擷取相關資料51
圖 5-5 現地試驗資料與回算結果之關連性資料庫聯結56
圖 5-6 回算K值比對試驗室K值-以版長分析60
圖 5-7 回算K值比對試驗室K值-以版長比相對勁度半徑分析61
圖 5-8 回算E值比對試驗室E值-以版長分析61
圖 5-9 回算E值比對試驗室E值-以版長比相對勁度半徑分析62
表 2-1 版尺寸修正方式-溫氏基礎模式10
表 2-2 載重單獨作用之控制參數的驗證16
表 2-3 載重與溫差複合作用之控制參數的驗證17
表 3-1 載重與溫差複合作用之各輪軸型態所需控制參數29
表 3-2 單輪載重與溫差複合作用應力資料庫31
表 3-3 載重單獨作用中央撓度資料庫31
表 4-1 不同版塊尺寸之計算參數整理43
表 4-2 不同版長與相對勁度半徑比值之修正係數對照表44
表 4-3 有限版塊尺寸修正分析表45
表 4-4 荷重傳遞效應對短版塊回算影響46
表 5-1 LTPP資料庫參數擷取表單53
表 5-2 DataPave各層型式編碼之對應表59
表 5-3 DataPave各層種類編碼59


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22.SHRP, Early Analyses of LTPP General Pavement Studies Data, Volume 3-Sensitivity Analyses for Selected Pavement Distresses, Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington,D. C., 1993.
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