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

论文摘要

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。

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