[博士]交通荷載下瀝青類路面疲勞損傷開裂研究

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內(nèi)容簡介

　　[博士]交通荷載下瀝青類路面疲勞損傷開裂研究　　學(xué)科專業(yè):道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度：2003　　 疲勞開裂是瀝青類路面住要為半剛性基層瀝青路面與水泥混凝土路面瀝青混凝土加鋪層結(jié)構(gòu))的主要破壞形式。其實(shí)質(zhì)是瀝青結(jié)構(gòu)層在交通荷載循環(huán)作用下內(nèi)部逐漸出現(xiàn)損傷劣化形成宏觀裂縫的過程。傳統(tǒng)的疲勞力學(xué)只能反映結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)疲勞裂縫前的階段。而對于半剛性基層反射裂縫和舊水泥混凝土路面瀝青混凝土加鋪層接縫(裂縫)開裂，研究發(fā)現(xiàn)，瀝青結(jié)構(gòu)層的疲勞壽命主要為裂縫擴(kuò)展階段的壽命，此時(shí)不應(yīng)采用傳統(tǒng)的疲勞力學(xué)進(jìn)行研究和結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)，而應(yīng)采越疲勞破壞力學(xué)(疲勞斷裂力學(xué)和疲勞損傷力學(xué))理論與方法。作為一門新興的破壞力學(xué)學(xué)科分支，疲勞損傷力學(xué)能全面地反映材料和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞裂縫和裂縫發(fā)展過程。應(yīng)用疲勞損傷力學(xué)理論與方法研究瀝青類路面疲勞破壞，有助于揭示瀝青類路面疲勞破壞機(jī)制和各類抗裂措施(如加筋)的抗裂機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的抗裂設(shè)計(jì)方法。本文應(yīng)用疲勞損傷力學(xué)理論與方法對瀝青混合料的疲勞損傷特性、瀝青類路蕩疲勞破壞以及!棄水泥混凝土路灘瀝青混凝土疲勞壽命預(yù)測進(jìn)行了系統(tǒng)的研究?！　? 本文第一部分，針對瀝青混合料的疲勞損傷特性建立合理的疲勞損傷模型和提出實(shí)用有效的計(jì)算方法。　　 首先直接采用一種常用的疲勞損傷演化模型和經(jīng)典損傷理論，分別對直接拉伸、懸臂梁彎曲、梁式試件三點(diǎn)彎曲和APA往返輪載等多種疲勞試驗(yàn)開展疲勞損傷分析，針對每類試驗(yàn)均建立了相應(yīng)的疲勞損傷模型和疲勞損傷計(jì)算方法。將疲勞損傷分析結(jié)果與相應(yīng)的疲勞試驗(yàn)結(jié)果(主要為疲勞壽命)進(jìn)行對比，論證了所提出的瀝青混合料疲勞損傷模型的合理性和有效性，并得到相應(yīng)的瀝青混合料疲勞損傷特性參數(shù)。關(guān)于直接拉伸、懸臂梁彎曲、三點(diǎn)彎曲和往返輪載(APA)等疲勞試驗(yàn)的試件所開展的疲勞損傷分析發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)方法不同，其疲勞損傷破壞規(guī)律不娜。主要表現(xiàn)在疲勞裂縫起裂階段和擴(kuò)展階段的疲勞壽命各自在試件總疲勞壽命中所占比重不同。盡管如此，不論對哪種疲勞試驗(yàn)，其試釋疲勞裂縫擴(kuò)攫主要表現(xiàn)為穩(wěn)定擴(kuò)展，可以運(yùn)用Paris公式描述疲勞裂紋擴(kuò)展階段，并利用疲勞損傷數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果和裂縫擴(kuò)展過程中的應(yīng)力強(qiáng)度因子回歸了疲勞裂縫擴(kuò)展速率公式中的疲勞斷裂參數(shù)。

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