含裂縫瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究.pdf

1、當(dāng)前，我國的公路建設(shè)正處于一個快速發(fā)展的階段，就已開通的高等級公路的使用狀況來看，普遍存在十分嚴(yán)重的早期破壞問題，特別是半剛性基層瀝青路面的開裂問題。瀝青路面結(jié)構(gòu)開裂必然改變其本身的應(yīng)力狀態(tài)，加快其破壞速度，縮短其使用壽命。而傳統(tǒng)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的彈性層狀體系模型未能反映瀝青路面結(jié)構(gòu)在整個壽命周期內(nèi)，大部分時間是帶裂縫工作的現(xiàn)狀。本論文的研究目的是依據(jù)對高速公路路面裂縫的調(diào)查結(jié)果，對含裂縫瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性進(jìn)行研究，以達(dá)到指導(dǎo)

2、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)，改善道路結(jié)構(gòu)性能，延長其使用壽命的目的。本論文大致可分為以下三個部分： 1．道路結(jié)構(gòu)溫度場的數(shù)值分析。根據(jù)氣候?qū)W、傳熱學(xué)的基本原理，本論文采用有限元數(shù)值方法得出了自然邊界條件下層狀體系道路結(jié)構(gòu)非穩(wěn)態(tài)溫度場的數(shù)值解，作為道路結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析的依據(jù)。 2．靜力學(xué)特性研究。根據(jù)我國高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)開裂的狀況，分別建立含貫通裂縫和裂縫擴(kuò)展過程中的有限元分析模型，對前者考察路面結(jié)構(gòu)完全開裂后，在車輛荷載的作用

3、下，瀝青面層頂部及底部的應(yīng)力變化，計(jì)算結(jié)果表明含貫通裂縫的瀝青路面結(jié)構(gòu)在交通荷載的作用下，處于更不利的受力狀態(tài)；對后者，則依據(jù)斷裂力學(xué)理論，以反映裂縫尖端應(yīng)力場的應(yīng)力強(qiáng)度因子為參量，分別考察在溫度荷載和交通荷載的作用下，裂縫尖端及瀝青面層沿裂縫擴(kuò)展方向上的應(yīng)力狀況，結(jié)果表明，在溫度荷載的作用下，影響裂縫擴(kuò)展的關(guān)鍵因素是瀝青面層模量和基層溫縮系數(shù)，瀝青面層厚度對基層反射裂縫的影響較小。而在交通荷載作用下，瀝青面層的厚度、模量，對裂縫尖端區(qū)

4、域應(yīng)力場的影響較大，而基層的厚度、模量對裂縫尖端區(qū)域應(yīng)力場的影響較??；對基層反射裂縫而言，溫度荷載的作用效應(yīng)，遠(yuǎn)大于交通荷載的作用效應(yīng)。 3．動力學(xué)特性研究。分別建立含貫通裂縫和裂縫擴(kuò)展過程中的有限元分析模型，對前者主要進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，模態(tài)分析結(jié)果表明，瀝青路面結(jié)構(gòu)開裂后，路面結(jié)構(gòu)的自振頻率大為提高，也就是說路面結(jié)構(gòu)開裂后，相對于完整路面結(jié)構(gòu)，其對高頻率、短周期的荷載作用更為敏感；諧響應(yīng)分析結(jié)果表明，在外載作用下，導(dǎo)

5、致其產(chǎn)生較大反應(yīng)的敏感頻率范圍也產(chǎn)生了變化；對后者，分析了裂縫尖端動應(yīng)力強(qiáng)度因子隨道路結(jié)構(gòu)體阻尼、車輛荷載作用周期以及路面結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律。動應(yīng)力強(qiáng)度因子分布規(guī)律與外荷載變化曲線相似，隨著阻尼比的增加，應(yīng)力強(qiáng)度因子衰減的很快，同時應(yīng)力強(qiáng)度因子峰值出現(xiàn)的時間逐漸后移。應(yīng)力強(qiáng)度因子最大值隨荷載作用周期的變化呈倒“S”狀變化，在高頻和低頻荷載作用時，逼近靜載作用時的應(yīng)力強(qiáng)度因子值，在一定的頻率出現(xiàn)最大值和最小值，但應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化幅度不大