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设置应力吸收层的复合式路面动态响应及抗裂机理分析

作　者: 周娟兰
导　师: 郑木莲
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 复合式路面应力吸收层移动荷载动态响应反射裂缝疲劳寿命结构设计
分类号: U416.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大量研究表明,在水泥混凝土路面上加铺沥青面层修筑的复合式路面可以克服水泥混凝土路面和沥青路面的缺点,集中两种路面结构的优点。但是由于水泥混凝土面板原始接缝和裂缝缺陷的存在,在外部荷载作用下沥青层极易产生反射裂缝。在水泥混凝土面板和沥青层之间设置应力吸收层可以有效缓解甚至防治反射裂缝的产生,本文就设置改性沥青混合料应力吸收层复合式路面的力学响应和抗裂机理进行系统研究。论文对路面施加移动的正弦波荷载,采用有限元软件计算设与不设应力吸收层两种情况下复合式路面结构的受力特点,对比分析了路面结构在静载和动载下的力学响应,并分析了不同平整度对路面结构应力与弯沉的影响,结果表明随着平整度降低,两种结构接缝处的应力和弯沉都逐渐增大。在此基础上,分析了移动荷载作用下沥青加铺层厚度与模量、应力吸收层厚度与模量、水泥混凝土板厚度与模量、基层厚度与模量及土基模量等参数变化对设与不设应力吸收层复合式路面结构受力的影响规律,得出设置应力吸收层后,混凝土面板接缝处的应力集中可以得到显著改善,并根据计算结果推荐出应力吸收层的厚度与模量建议值。此外,通过Franc2d软件模拟了设与不设应力吸收层复合式路面结构的断裂路径并得出其疲劳寿命,结果表明设置应力吸收层后可以有效改善路面结构的受力状况,预防和延缓反射裂缝的产生,从而显著延长路面结构的疲劳寿命。最后,在前文计算分析的基础上,进行复合式路面结构组合设计,提出路面结构设计的极限破坏状态,并对其设计方法进行了初步探讨。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究的目的和意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
  1.3 本文研究主要内容  16-17
第二章不同平整度情况下复合式路面结构力学响应分析  17-30
  2.1 动态分析理论基础  17-22
    2.1.1 动力学的基本理论  17-19
    2.1.2 车辆动荷载作用形式  19-21
    2.1.3 路面平整度评价  21-22
  2.2 计算模型和参数  22-25
    2.2.1 有限元计算单元  22-23
    2.2.2 力学计算模型  23-24
    2.2.3 力学指标的选取  24-25
  2.3 不同平整度情况下路面结构力学响应分析  25-28
    2.3.1 不同平整度情况下路面结构应力分析  25-28
    2.3.2 不同平整度情况下路面结构弯沉分析  28
  2.4 本章小结  28-30
第三章动载作用下复合式路面结构力学响应分析  30-63
  3.1 沥青加铺层厚度变化对加铺层结构动态响应的影响  30-35
    3.1.1 对加铺层结构应力的影响  30-34
    3.1.2 对加铺层结构弯沉的影响  34-35
  3.2 沥青加铺层模量变化对加铺层结构动态响应的影响  35-39
    3.2.1 对加铺层结构应力的影响  35-38
    3.2.2 对加铺层结构弯沉的影响  38-39
  3.3 应力吸收层厚度变化对加铺层结构动态响应的影响  39-42
    3.3.1 对加铺层结构应力的影响  39-41
    3.3.2 对加铺层结构弯沉的影响  41-42
  3.4 应力吸收层模量变化对加铺层结构动态响应的影响  42-45
    3.4.1 对加铺层结构应力的影响  43-44
    3.4.2 对加铺层结构弯沉的影响  44-45
  3.5 水泥砼板厚度变化加铺层结构动态响应的影响  45-48
    3.5.1 对加铺层结构应力的影响  45-47
    3.5.2 对加铺层结构弯沉的影响  47-48
  3.6 水泥砼板模量变化对加铺层结构动态响应的影响  48-51
    3.6.1 对加铺层结构应力的影响  48-50
    3.6.2 对加铺层结构弯沉的影响  50-51
  3.7 基层厚度变化对加铺层结构动态响应的影响  51-54
    3.7.1 对加铺层结构应力的影响  51-53
    3.7.2 对加铺层结构弯沉的影响  53-54
  3.8 基层模量变化对加铺层结构动态响应的影响  54-58
    3.8.1 对加铺层结构应力的影响  54-57
    3.8.2 对加铺层结构弯沉的影响  57-58
  3.9 土基模量变化对加铺层结构动态响应的影响  58-61
    3.9.1 对加铺层结构应力的影响  58-60
    3.9.2 对加铺层结构弯沉的影响  60-61
  3.10 本章小结  61-63
第四章设置应力吸收层复合式路面反射裂缝扩展规律分析  63-79
  4.1 反射裂缝的产生机理  63
  4.2 反射裂缝的扩展  63-64
  4.3 反射裂缝扩展力学分析  64-68
    4.3.1 弹性平面裂纹尖端奇异场  64-66
    4.3.2 断裂准则  66-67
    4.3.3 疲劳寿命预测方法  67-68
  4.4 反射裂缝扩展路径模拟  68-76
    4.4.1 计算模型与计算参数  68-70
    4.4.2 反射裂缝的产生和扩展路径模拟过程  70-74
    4.4.3 对称荷载下裂缝尖端应力分析  74-75
    4.4.4 偏载下裂缝尖端应力分析  75
    4.4.5 温度荷载下裂缝尖端应力分析  75-76
  4.5 不同路面结构裂缝扩展路径的分析  76-78
  4.6 本章小结  78-79
第五章设置应力吸收层的复合式路面结构设计  79-93
  5.1 复合式路面结构组合  79-82
  5.2 设计参数  82-85
    5.2.1 标准轴载与轴载换算  82
    5.2.2 交通分级、设计使用年限和累计作用次数  82-83
    5.2.3 基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量  83-84
    5.2.4 水泥混凝土设计强度和弯拉弹性模量  84-85
  5.3 设计指标  85-91
    5.3.1 混凝土板底弯拉应力控制指标  86-88
    5.3.2 接缝处沥青加铺层底拉应力控制指标  88-89
    5.3.3 接缝处应力吸收层底剪应力控制指标  89-91
  5.4 设计流程  91
  5.5 本章小结  91-93
第六章结论与展望  93-95
  6.1 主要结论  93-94
  6.2 有待进一步研究的问题  94-95
参考文献  95-100
致谢  100

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