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沥青路面近荷载区Top-Down裂缝形成机理及扩展规律分析

作　者: 张红
导　师: 裴建中
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青路面近荷载区 Top-Down裂缝形成机理应力强度因子
分类号: U416.217
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

Top-Down裂缝是沥青路面一种新型早期病害形式,成因复杂,影响深远,是近年来国内外研究的热点及难点问题之一。因此,深入了解Top-Down裂缝开裂机理及开裂扩展规律,对于优选沥青混合料,提高路面结构抗裂设计、改进现有路面设计方法以及合理利用资金均具有重要意义。本文搜集回顾了大量国内外相关文献和研究成果,对沥青路面表面裂缝的研究做了归类总结。鉴于影响因素的多样性和复杂性,本文仅借助有限元方法,建立三维模型,重点讨论分析静载(凹形荷载、凸形荷载、均布荷载)条件下近荷载区路面的应力应变响应规律,总结分析出Top-Down裂缝形成的可能位置及原因。计算分析表明,路面近荷载区不均匀分布的高应力应变区容易形成表面裂缝,非均布荷载及基层模量会显著影响近荷载区路面高应力应变区的分布,从而影响表面裂缝的初始发生位置及时间。此外,借助线弹性断裂力学有限元法,模拟分析了不同路面结构参数、不同裂缝自身性状条件下,沥青路面表面裂缝尖端应力强度因子的发育规律。研究认为：不论面层厚度多大,裂缝切入深度均会显著影响应力强度因子；但裂缝沿行车道方向水平贯穿长度仅对靠近荷载位置处应力强度因子有显著影响。路面结构参数会显著影响应力强度因子,且影响规律具有相似性。不论路面结构参数如何,裂缝开裂至距路表面3-4cm时,应力强度因子值均处于极不利状态。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 沥青路面 Top-Down裂缝的国内外研究现状  11-16
    1.2.1 国外沥青路面Top-Down裂缝研究现状  11-13
    1.2.2 国内沥青路面裂缝的研究概况  13-15
    1.2.3 国内外沥青路面Top-Down裂缝扩展的研究方法  15-16
  1.3 沥青路面近荷载区研究现状  16-17
  1.4 本文主要研究内容  17-18
第二章基础理论与分析方法  18-37
  2.1 断裂力学理论  18-30
    2.1.1 裂缝的基本类型  18-19
    2.1.2 裂缝尖端奇异场  19-21
    2.1.3 复合型裂纹断裂准则  21-25
    2.1.4 应力强度因子  25-26
    2.1.5 奇异等参单元的构造  26-30
  2.2 沥青路面有限元方法  30-36
    2.2.1 有限元方法的基本原理  30
    2.2.2 有限元软件Ansys简介  30-31
    2.2.3 沥青路面结构的有限元模型  31-36
  2.3 本章小结  36-37
第三章沥青路面力学行为分析  37-53
  3.1 沥青路面拉、压应力响应分析  37-43
    3.1.1 沥青层表面拉、压应力响应分析  37-41
    3.1.2 沥青层内拉、压应力响应分析  41-43
  3.2 沥青路面拉、压应变响应分析  43-49
    3.2.1 沥青层表面拉、压应变响应分析  43-47
    3.2.2 沥青层内拉、压应变响应分析  47-49
  3.3 沥青路面剪应力响应分析  49-51
    3.3.1 沥青层表面剪应力响应分析  49-50
    3.3.2 沥青层内剪应力响应分析  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章沥青路面力学行为的影响因素分析  53-76
  4.1 荷载非均匀分布的影响分析  53-63
    4.1.1 荷载非均匀分布的特性  53
    4.1.2 荷载非均匀分布对拉、压应力的影响  53-58
    4.1.3 荷载非均匀分布对拉、压应变的影响  58-62
    4.1.4 荷载非均匀分布对剪应力的影响  62-63
  4.2 基层模量的影响分析  63-74
    4.2.1 基层模量对拉、压应力的影响  63-68
    4.2.2 基层模量对拉、压应变的影响  68-73
    4.2.3 基层模量对剪应力的影响  73-74
  4.3 本章小结  74-76
第五章沥青路面Top-Down裂缝形成机理及扩展规律分析  76-93
  5.1 路面近荷载区理论  76
  5.2 沥青路面近荷载区Top-Down裂缝形成机理分析  76-86
    5.2.1 沥青路面近荷载区Top-Down裂缝的发育位置分析  76-77
    5.2.2 沥青路面近荷载区Top-Down裂缝的开裂模式分析  77-78
    5.2.3 沥青路面近荷载区主应力比分析  78-86
  5.3 沥青路面Top-Down裂缝自身性状对裂缝扩展规律的影响分析  86-92
    5.3.1 裂缝切入深度对Top-Down裂缝扩展规律的影响  86-89
    5.3.2 裂缝水平贯穿长度对Top-Down裂缝扩展规律的影响  89-92
  5.4 本章小结  92-93
第六章沥青路面Top-Down裂缝发育影响因素分析  93-109
  6.1 基层材料参数对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  93-99
    6.1.1 基层厚度对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  93-95
    6.1.2 基层模量对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  95-99
  6.2 面层材料参数对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  99-105
    6.2.1 面层厚度对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  99-101
    6.2.2 面层模量对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  101-105
  6.3 模量比对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响  105-107
    6.3.1 模量比对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响之一  105-106
    6.3.2 模量比对沥青路面Top-Down裂缝发育规律的影响之二  106-107
  6.4 本章小结  107-109
第七章结语  109-112
参考文献  112-116
致谢  116

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