【碩士】含裂縫瀝青路面結構力學性能研究【2006】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度： 2006年　　當前，我國的公路建設正處于一個快速發(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。瀝青路面結構開裂必然改變其本身的應力狀態(tài)，加快其破壞速度，縮短其使用壽命。而傳統(tǒng)瀝青路面結構設計所采用的彈性層狀體系模型未能反映瀝青路面結構在整個壽命周期內(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)查結果，對含裂縫瀝青路面結構的力學特性進行研究，以達到指導設計、施工、養(yǎng)護，改善道路結構十牛能，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．道路結構溫度場的數(shù)值分析。根據(jù)氣候學，傳熱學的基本原理，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構非穩(wěn)態(tài)溫度場的數(shù)值解，作為道路結構溫度應力分析的依據(jù)。　　2．靜力學特性研究。根據(jù)我國高速公路瀝青路面結構開裂的狀況，分別建立含貫通裂縫和裂縫擴展過稃中的有限元分析模型，對前者考察路面結構完全開裂后，在車輛荷載的作用下，瀝青面層丁貞部及底部的應力變化，計算結果表明含貫通裂縫的瀝青路面結構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)斷裂力學理論，以反映裂縫尖端應力場的應力強度因子為參量，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展方向上的應力狀況，結果表明，在溫度荷載的作用下，影響裂縫擴展的關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)域應力場的影響較大，而基層的厚度、模量對裂縫尖端區(qū)域應力場的影響較??；對基層反射裂縫而言，溫度荷載的作用效應，遠大于交通荷載的作用效應?！　?．動力學特性研究。分別建立含貫通裂縫和裂縫擴展過程中的有限元分析模型，對前者主要進行了模態(tài)分析和諧響應分析，模態(tài)分析結果表明，瀝青路面結構開裂后，路面結構的自振頻率大為提高，也就是說路面結構開裂后，相對于完整路面結構，其對高頻率、短周期的荷載作用更為敏感；諧響應分析結果表明，在外載作用下，導致其產(chǎn)生較大反應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力強度因子隨道路結構體阻尼、車輛荷載作用周期以及路面結構參數(shù)的變化規(guī)律。動應力強度因子分布規(guī)律與外荷載變化曲線相似，隨著阻尼比的增加，應力強度因子衰減的很快，同時應力強度因子峰值出現(xiàn)的時間逐漸后移。應力強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力強度因子值，在一定的頻率出現(xiàn)最大值和最小值，但應力強度因子的變化幅度不大。動應力強度因子隨瀝青面層模量的增大而增大，隨瀝青面層厚度的增大，基層厚度的增大，基層模量的增大而減小，其中瀝青面層模量變化對動應力強度因子的影響較大。　　本論文以京秦高速公路為工程背景依托，對含裂縫瀝青路面結構的力學特性進行了較全面的研究，可為瀝青路面的抗裂設計，路面長期性能的研究提供理論基礎?！　?

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