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系統識別號 U0026-0503201813321900
論文名稱(中文) 三維有限元素法於多孔隙鋪面之模型建立及應用
論文名稱(英文) The Use of The 3-D Finite Element Method for Porous Asphalt Concrete
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 107
學期 1
出版年 107
研究生(中文) 陳震宇
研究生(英文) Jen-Yu Chen
學號 N66054360
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 92頁
口試委員 指導教授-蕭志銘
口試委員-陳建旭
口試委員-郭振銘
中文關鍵字 有限元素  多孔隙鋪面  胎壓  軸重  應變 
英文關鍵字 Finite elements  porous pavement  tire pressure  axle weight  strain. 
學科別分類
中文摘要 多孔隙瀝青混凝土鋪面成本較一般鋪面來的昂貴許多,若能以模擬分析方式建立一模型來觀察各情況下受力及變形影響程度,未來在應用上可以做為預估維修、養護時程之輔助,而目前針對多孔隙鋪面所做之鋪面模型甚少。
本研究將以國道六號多孔隙鋪面路段作為分析及模擬對象,探討在不同胎壓、軸重、車輪型式上,對於多孔隙鋪面之影響程度差異,比較對於面層底部、路基頂部之垂直及水平應變、表面垂直變位等,另外本研究假設鋪面為完全彈性狀並不能推估未來受長期輾壓下之破壞,須以實驗方式將該黏彈性、溫感性等參數輸入至Abaqus中才能真實反映永久變形之破壞。
綜合模擬分析結果來看可看出在面層頂部之垂直、水平應變皆會隨著胎壓的增長而隨之增大,另外在路基頂部垂直、水平應變皆與胎壓變化無明顯差異,其值幾乎一樣,疲勞龜裂之破壞時與面層頂部之水平應變有關,車轍之壞壞則與路基頂部垂直應變有關,若未來能夠建立材料之黏彈性、溫感性,在評估長期疲勞龜裂時應將胎壓變化影響納入考慮。
英文摘要 The cost of porous asphalt concrete pavement is much more expensive than that of general pavement. If a model can be established by simulation analysis to observe the degree of stress and deformation in each case, it can be used as estimated maintenance and maintenance timeline in the future.

There are few paving models for porous pavements currently. In this study, the porous pavement section of National Highway No. 6 will be used as the analysis and simulation object to explore the difference in the influence of different tire pressure, axle weight and wheel type on the porous pavement and compare horizontal strain, vertical strain, vertical surface displacement at the bottom of the surface layer and the top of the subgrade, etc.

In addition, this study assumes that the pavement is completely elastic and cannot be estimated to be damaged by long-term rolling. To reflect the destruction of permanent deformation that parameters such as viscoelasticity and temperature sensitivity must be input into Abaqus by experiment.

From the results of comprehensive simulation analysis, it can be seen that the vertical and horizontal strains at the top of the surface layer increase with the increase of tire pressure. In addition, there is no significant difference between the vertical and horizontal strains at the top of the roadbed and the tire pressure. The value is almost the same. And temperature sensitivity of the material can be established in the future, evaluating the long-term fatigue crack. The effects of changes in tire pressure should be taken into account.
論文目次 目錄
第一章 緒論 14
1.1 前言 14
1.2 研究動機 14
1.3 研究目的 15
1.4 研究範圍 15
第二章 文獻回顧 16
2.1 多孔隙瀝青混凝土鋪面 16
2.1.1 多孔隙瀝青混凝土之基本性質 17
2.1.2 多孔隙瀝青瀝青混凝土規範 18
2.1.3 多孔隙瀝青混凝土之瀝青膠泥 20
2.2 有限元素法於鋪面分析之運用 21
2.2.1 商用軟體Abaqus 21
2.2.2半無限體分析 22
2.2.3鋪面結構對稱分析 22
2.3多層彈性理論 23
2.3.1多層彈性理論之基本假設 23
2.3.2多層彈性理論之分析程式 24
2.4 鋪面破壞模式 25
2.4.1 疲勞破壞 25
2.4.2 車轍破壞 26
2.5模擬車輪荷重 27
2.5.1重車車輪種類 27
2.5.2等效胎印與重車胎印 29
2.5.3移動載重週期 30
第三章 研究方法與流程 31
3.1研究方法與流程 31
3.2 鋪面模型建立 33
3.2.1 三維有限元素程式Abaqus 33
3.2.2 鋪面尺寸設定 33
3.2.3 元素形式及切割方式 34
3.2.5 鋪面材料性質設定 37
3.2.6 鋪面載重型式及大小 38
3.2.7 鋪面邊界條件設定 40
3.2.8 鋪面輸出結果設定 42
第四章 分析結果與討論 44
4.1.1 軸重30KN下垂直應變與胎壓變化之關係 45
4.1.2 軸重30KN下水平應變與胎壓變化之關係 46
4.1.3軸重30KN下垂直變位與胎壓變化之關係 48
4.1.4軸重50KN下垂直應變與胎壓變化之關係 48
4.1.5軸重50KN下水平應變與胎壓變化之關係 49
4.1.6 軸重50KN下垂直變位與胎壓變化之關係 50
4.1.7 軸重80KN下垂直應變與胎壓變化之關係 51
4.1.8軸重80KN下水平應變與胎壓變化之關係 53
4.1.9 軸重80KN下垂直變位與胎壓變化之關係 55
4.1.10 軸重140KN下垂直應變與胎壓變化之關係 57
4.1.11 軸重140KN下水平應變與胎壓變化之關係 58
4.1.12 軸重140KN下垂直變位與胎壓變化之關係 59
4.1.13 軸重200KN下垂直應變與胎壓變化之關係 60
4.1.14 軸重200KN下水平應變與胎壓變化之關係 62
4.1.15軸重200KN下垂直變位與胎壓變化之關係 64
4.1.16 軸重280KN下垂直應變與胎壓變化之關係 66
4.1.17 軸重280KN下水平應變與胎壓變化之關係 67
4.1.18軸重280KN下垂直變位與胎壓變化之關係 68
4.1.19 軸重360KN下垂直應變與胎壓變化之關係 69
4.1.20 軸重360KN下水平應變與胎壓變化之關係 70
4.1.21軸重360KN下垂直變位與胎壓變化之關係 71
第五章 結論與建議 89
5.1 結論 89
5.2 建議 90
第六章 參考文獻 91
參考文獻 1. 吳佳銘,多孔隙瀝青混凝土應用於道路面層工作性質之研究,私立淡江大學研究所碩士論文,台北,2004。
2. Brown, E.R. and Haddock, J.E. (1997). “A Method to Ensure Stone-on-stone Contact in Stone Matrix Asphalt Paving Mixtures,” Journal of Transportation Research Record, No. 1583, pp.11-18.。
3. 交通部國道新建工程局,「多孔隙瀝青混凝土(PAC)設計施工及養護技術手冊」,交通部國道新建工程局編印,2016。
4. 行政院公共工程委員會,「第02798章 多孔隙瀝青混凝土鋪面」,公共工程技術資料庫,2014
5. 三維有限元素應用於柔性鋪面之非線性分析 馮天正 中央大學 1999。
6. 林志憲,「應用解析方法評估瀝青混凝土之力學機制」國立成功大學土木工程研究所博士論文,2003。
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