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沥青路面结构温度场与温度应力的数值模拟分析

作　者: 王孙富
导　师: 冯德成
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青路面温度场温度应力层间接触状态热弹性力学有限元
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 241次
引　用: 2次
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内容摘要

沥青路面的低温开裂,始终是北方地区公路工程的主要病害形式,即使在气候温和的长江流域,也会在降温速率过快时导致面层由于应力松弛能力不足而开裂。然而,迄今为止我国现行公路沥青路面设计规范,依然缺少相应的指标、参数与方法予以控制,尤其是对于层间接触状态等结构因素对其影响尚未开展系统的研究工作。因此开展沥青路面结构温度场与温度应力的数值模拟分析,对于完善沥青路面的低温抗裂设计方法具有较为重要的理论意义。首先,基于热传导理论,确定路面温度场预估的理论框架与边界条件,应用ABAQUS有限元软件,建立了沥青路面温度场数值分析模型。应用该模型,进行的降温速率、路面初始温度及路面材料热物参数对路面结构温度场的影响规律分析,其结果与工程实际现象相一致,证明模型合理。其次,结合路面温度场数值分析模型与热弹性力学理论,在编写路面结构层间接触模块的基础上,应用ABAQUS有限元软件,建立了系统的路面结构温度应力分析模型,计算结果表明,模型可有效模拟各种因素影响下的路面结构温度应力的演化过程。最后,应用沥青路面温度场与温度应力分析模型,开展了涵盖路面结构类型、面层与基层层间接触状态、路面结构边界条件、基层热物理特性、降温速率、路表面初始温度等因素的力学分析,计算结果表明,层间接触状态对沥青路面的低温缩裂影响比较显著。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8-9
    1.1.1 沥青路面低温裂缝  8-9
    1.1.2 研究的目的和意义  9
  1.2 国内外研究现状与分析  9-13
    1.2.1 沥青路面温度场研究现状与评述  9-12
    1.2.2 沥青路面温度应力研究现状与评述  12-13
  1.3 主要研究内容  13-16
第2章沥青路面温度场计算与分析  16-37
  2.1 热传导基本理论  16-19
    2.1.1 热传导方程  16-17
    2.1.2 边界条件  17-19
    2.1.3 层间界面连续条件  19
  2.2 沥青路面的温度场  19-24
    2.2.1 温度场的基本理论  19-20
    2.2.2 沥青路面周期性变温条件下的温度场  20-23
    2.2.3 周期性变温的边界条件  23-24
  2.3 沥青路面温度场数值模拟分析模型  24-28
    2.3.1 基本假设  24
    2.3.2 模型框架  24-25
    2.3.3 气温及对流热交换子程序  25
    2.3.4 太阳辐射子程序  25-26
    2.3.5 温度场分析模型参数的确定  26-28
    2.3.6 程序模块和分析步骤  28
  2.4 沥青路面温度场演化规律影响因素分析  28-35
    2.4.1 降温速率对温度场的影响  29-31
    2.4.2 路面初始温度的影响  31-33
    2.4.3 路面材料热物参数的影响  33-35
    2.4.4 敏感性分析  35
  2.5 本章小结  35-37
第3章沥青路面温度应力数值模拟分析模型  37-42
  3.1 温度应力分析参数选取  37-39
  3.2 基本假设  39-40
  3.3 温度应力分析模型的建立  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章沥青路面温度应力演化规律分析  42-49
  4.1 沥青路面温度应力的影响因素分析  42-47
    4.1.1 大气温度变化的影响  42-43
    4.1.2 路面初始温度的影响  43-44
    4.1.3 面层导热系数的影响  44-45
    4.1.4 基层导热系数的影响  45-46
    4.1.5 面层与基层层间接触状态的影响  46-47
  4.2 开裂对沥青路面温度应力的影响  47
  4.3 敏感性分析  47-48
  4.4 本章小结  48-49
结论  49-51
参考文献  51-55
附录  55-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-60
致谢  60

沥青路面结构温度场与温度应力的数值模拟分析

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