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基于局部应变的沥青路面力学分析及其疲劳寿命预估研究

作　者: 李朋
导　师: 郑木莲
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青路面局部应变疲劳开裂萌生寿命裂缝扩展应变—寿命疲劳方程
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 58次
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内容摘要

作为沥青路面的一种常见病害,裂缝会降低路面结构的承载力,影响行车舒适性,加速路面损坏并缩短使用寿命。目前国内外有关沥青路面疲劳开裂机理的认识是一致的,但有关疲劳开裂研究尚不够深入和系统。有必要对沥青路面疲劳开裂进行研究,分析沥青混合料的疲劳特性和沥青路面的结构受力特性,提出沥青路面疲劳开裂寿命的预估方法,以便在设计阶段就可以控制疲劳开裂。这样有利于完善沥青路面结构设计方法,保障沥青路面的使用性能和使用寿命。论文在分析国内外研究成果的基础上,提出了基于局部应变的沥青路面疲劳裂纹萌生寿命预估方法。采用弹塑性有限元方法,计算沥青路面的局部应力应变,并将计算结果与近似工程法计算结果比较,验证了其可行性。从有限元角度结合试验方法确定了拉应变阀值以及拉应变极限值,建立了路面荷载有效轴载谱,进而确定了路面的疲劳萌生寿命。分析了轴载、面层厚度与模量、基层模量、应力吸收层厚度与模量等参数变化对沥青路面局部应变的影响,为沥青路面结构设计提供理论依据。基于断裂力学理论,提出沥青路面疲劳裂缝扩展寿命计算方法,模拟了疲劳裂缝扩展路径并对其扩展寿命影响因素进行了分析。此外,依托试验路实体工程,结合论文研究成果,基于局部应变理论预估了沥青路面的疲劳裂纹萌生寿命,并根据断裂力学预估了沥青路面的疲劳裂缝扩展寿命。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
    1.3.1 研究思路  15
    1.3.2 主要研究内容  15-16
第二章局部应力应变法原理  16-32
  2.1 基本原理  16
  2.2 荷载谱  16-18
    2.2.1 高载截断  17-18
    2.2.2 低载删除  18
  2.3 循环σ-ε曲线及迟滞迥线  18-19
    2.3.1 稳态循环σ-ε曲线  18-19
    2.3.2 瞬态循环σ-ε曲线  19
  2.4 局部应变计算  19-21
    2.4.1 试验法  20
    2.4.2 近似计算法  20-21
    2.4.3 有限元法  21
  2.5 循环计数  21-22
    2.5.1 雨流计数法  21-22
    2.5.2 有效系数法  22
  2.6 疲劳寿命曲线  22-26
    2.6.1 损伤分析的一般问题  22-23
    2.6.2 寿命曲线分类  23-24
    2.6.3 应力应变曲线  24-26
  2.7 损伤累积  26-27
    2.7.1 损伤计算  26
    2.7.2 损伤累积  26-27
  2.8 疲劳寿命预估方法  27-30
  2.9 在沥青路面中的应用  30-31
  2.10 本章小结  31-32
第三章沥青路面局部应变分析及其疲劳裂纹萌生寿命预估  32-58
  3.1 路面结构计算模型与参数  32-39
    3.1.1 局部应变法有限元计算流程  32-33
    3.1.2 计算模型  33-36
    3.1.3 弹塑性理论  36-39
    3.1.4 弹塑性参数  39
  3.2 局部应变法数值计算  39-46
    3.2.1 确定受力形式  40-41
    3.2.2 确定最不利位置  41-42
    3.2.3 计算考察指标的选取  42-43
    3.2.4 局部应变计算  43-46
  3.3 局部应变影响因素分析  46-53
    3.3.1 局部应变与面层模量的关系  46-47
    3.3.2 局部应变与面层厚度的关系  47-48
    3.3.3 局部应变与基层模量的关系  48-49
    3.3.4 荷载应变与应力吸收层的关系  49-53
  3.4 工程实例分析  53-57
    3.4.1 工程概况  53
    3.4.2 结构层组合  53
    3.4.3 确定模型及计算参数  53-55
    3.4.4 交通量调查  55-56
    3.4.5 疲劳寿命预估  56-57
  3.5 小结  57-58
第四章沥青路面裂纹扩展行为模拟及寿命预估  58-74
  4.1 概述  58
    4.1.1 反射裂缝的产生机理  58
  4.2 路面断裂力学基本理论  58-60
    4.2.1 裂缝扩展的三种基本形式  58-59
    4.2.2 应力强度因子理论  59-60
  4.3 应用疲劳断裂力学求解裂纹扩展寿命  60-67
    4.3.1 疲劳裂缝扩展寿命计算流程  60-61
    4.3.2 疲劳裂缝扩展路径模拟  61-63
    4.3.3 疲劳裂缝扩展寿命影响因素分析  63-67
  4.4 工程实例分析  67-72
    4.4.1 有限元数值模拟  67-70
    4.4.2 道路交通量调查  70-72
  4.5 小结  72-74
第五章主要结论及进一步研究的问题  74-76
  5.1 主要结论  74-75
  5.2 进一步研究的问题  75-76
参考文献  76-79
致谢  79

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