设ISAC复合式路面力学响应与结构设计研究

论文摘要

在水泥混凝土板上加铺沥青层修筑的CC-AC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,刚柔相济,大大提高路面的使用性能,从而延长其寿命。但由于水泥混凝土板自身特点及层间结合等问题,决定了在使用CC-AC复合式路面时必须有效解决反射裂缝的问题。基于此,论文对设置复合式应力吸收夹层（Interlayer Stress Absorbing Composite,简称ISAC）的复合式路面结构的力学响应及结构设计方法进行系统研究。论文基于断裂力学理论,重点针对偏载和低温两种不利情况,通过计算设与不设ISAC复合式路面结构最不利位置的应力强度因子,分析了ISAC的防裂优势。采用三维有限元软件,分析了偏载及低温作用下复合式路面结构中ISAC的力学响应,提出ISAC上层设置高模量土工材料,中间设置低模量硫化橡胶沥青,下层设置低模量土工材料,可充分发挥ISAC的防裂与防渗等作用,并推荐出ISAC各结构层的模量取值。分别针对偏载与低温两种不利情况,对比分析了设与不设ISAC复合式路面结构的力学响应,进一步体现出ISAC的防裂优势,并系统分析了沥青加铺层厚度与模量、水泥混凝土板厚度与模量、基础模量、轴载、大气温度等因素变化对设置ISAC复合式路面结构受力的影响规律,并得出上述参数变化时沥青层偏载应力及低温应力相对于标准模型的修正系数。在此基础上,提出了设置ISAC复合式路面结构的设计指标、设计标准与设计方法,绘制了设计流程图,并推荐出合理的路面结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 复合式路面应力吸收层
• 1.2.2 有限单元法
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 复合式路面反射裂缝产生机理分析
• 2.1 反射裂缝现象
• 2.2 反射裂缝产生机理
• 2.2.1 偏载作用
• 2.2.2 低温作用
• 2.2.3 综合作用
• 2.3 反射裂缝扩展力学分析
• 2.3.1 弹性平面裂纹尖端渐进场
• 2.3.2 应力强度因子准则
• 2.3.3 断裂韧度与K准则
• 2.4 偏载作用下的应力强度因子
• 2.5 低温作用下的应力强度因子
• 2.6 本章小结
• 第三章 复合式路面结构中ISAC的力学响应
• 3.1 材料的强度准则
• 3.1.1 第一主应力准则
• 3.1.2 最大切应力准则
• 3.1.3 畸变能密度准则
• 3.2 偏载下ISAC力学响应
• 3.2.1 偏载作用下复合式路面计算模型
• 3.2.2 路面各结构层的材料设计参数
• 3.2.3 上层土工材料模量对复合式路面应力的影响
• 3.2.4 硫化橡胶沥青模量对复合式路面应力的影响
• 3.2.5 下层土工材料模量对复合式路面应力的影响
• 3.3 低温作用下ISAC力学响应
• 3.3.1 路面温度场计算准则
• 3.3.2 路面各结构层的材料设计参数
• 3.3.3 上层土工材料模量对复合式路面应力的影响
• 3.3.4 硫化橡胶沥青模量对复合式路面应力的影响
• 3.3.5 下层土工材料模量对复合式路面应力的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 ISAC复合式路面偏载作用下的力学响应
• 4.1 有限元计算模型及参数
• 4.2 偏载下设与未设ISAC的复合式路面力学响应比较
• 4.3 偏载下沥青加铺层厚度对复合式路面应力的影响
• 4.4 偏载下沥青加铺层模量对复合式路面应力的影响
• 4.5 偏载下水泥混凝土面板厚度对复合式路面应力的影响
• 4.6 偏载下水泥混凝土板模量对复合式路面应力的影响
• 4.7 偏载下基础模量的变化对复合式路面应力的影响
• 4.8 偏载下汽车轴重的变化对复合式路面应力的影响
• 4.9 本章小结
• 第五章 ISAC复合式路面低温作用下的力学响应
• 5.1 有限元计算模型及参数
• 5.2 低温作用下设与未设ISAC复合式路面应力比较
• 5.3 低温作用下沥青加铺层厚度对复合式路面应力的影响
• 5.4 低温作用下沥青加铺层模量对复合式路面应力的影响
• 5.5 低温作用下水泥混凝土板厚度对复合式路面应力的影响
• 5.6 低温作用下水泥混凝土板模量对复合式路面应力的影响
• 5.7 低温作用下基础模量的变化对复合式路面应力的影响
• 5.8 低温作用下大气温度的变化对复合式路面应力的影响
• 5.9 本章小结
• 第六章 ISAC复合式路面结构设计方法探讨
• 6.1 ISAC复合式路面结构设计方法
• 6.1.1 设计参数
• 6.1.2 设计指标
• 6.1.3 设计标准
• 6.1.4 结构设计方法
• 6.2 ISAC复合式路面偏载应力计算结果
• A进行沥青加铺层厚度计算'>6.2.1 采用τmax_A进行沥青加铺层厚度计算
• B进行沥青加铺层厚度计算'>6.2.2 采用τmax_B进行沥青加铺层厚度计算
• A与τmax_B的沥青加铺层厚度计算'>6.2.3 综合τmax_A与τmax_B的沥青加铺层厚度计算
• 6.3 ISAC复合式路面低温应力计算结果
• A进行沥青加铺层厚度计算'>6.3.1 采用σ1_A进行沥青加铺层厚度计算
• B进行沥青加铺层厚度计算'>6.3.2 采用σ1_B进行沥青加铺层厚度计算
• A与σ1_B的沥青加铺层厚度计算'>6.3.3 综合σ1_A与σ1_B的沥青加铺层厚度计算
• 6.4 推荐的组合结构
• 6.5 本章小结
• 主要结论及进一步研究的问题
• 1 主要结论
• 2 进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢