动载作用下土工格栅加筋路面的有限元分析

论文摘要

随着国民经济的持续快速发展,公路交通在国民经济和人民生活中发挥着越来越巨大的作用,是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志之一。但随之而来的是路面损害越来越严重,无论是新建的柔性基层沥青路面,还是旧水泥混凝土加铺沥青路面,车辙裂缝等问题都是影响路面使用性能的重要因素。为改善路面使用性能和提高承载能力,延长服务年限,必须采取一定的保护措施。土工格栅层的加入,使得沥青混合料内的颗粒位移受到均匀的限制,极大地减小了在荷载作用下混合料内部的应力集中程度,提高了沥青层的抗疲劳特性,延缓了裂缝的发展,推迟了结构的破坏。目前国内外对动力荷载作用下格栅加筋路面的结构类型、设计方法方面的研究相对比较少,因此开展这方面研究是十分必要的。本文通过对动载作用下路面加筋层进行较为全面和深入的力学计算,分析其产生破坏的原因,进而提出防护措施,力图借此为路面设计提供帮助。本文主要从事以下几个方面开展研究工作:(1)利用线弹性力学原理,建立路面结构三维有限元模型,研究柔性基层沥青路面中格栅加筋层所处位置变化对沥青路面力学性能的影响,得出土工格栅位于面层1/3时效果最好,格栅模量越大则效果越好的结论。(2)探索格栅夹层在旧沥青路面加铺层结构中的最佳位置,用有限元软件分析夹层位置对夹层上下沥青加铺层结构应力、应变影响的规律,得出旧沥青路面加铺层在动力荷载作用下的位移与应力大于均布静力时的位移和应力的结论。(3)在前面分析的基础上考虑旧水泥路面有、无裂缝以及加铺层与旧水泥路的层间状态等因素对格栅最佳位置的影响,研究发现旧水泥混凝土路面加铺层中格栅对加铺层抗疲劳破坏帮助不大,但是格栅可以显著延缓反射裂缝的发生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 路面结构开裂破坏研究概况
• 1.2.1 路面结构开裂理论分析
• 1.2.2 研究方法
• 1.2.3 研究成果与结论
• 1.3 土工合成材料加筋作用的理论研究
• 1.4 土工合成材料加筋路面研究概况
• 1.4.1 国外研究概况
• 1.4.2 国内研究概况
• 1.5 本文主要研究内容及方法
• 第2章 有限元法简介
• 2.1 基本介绍
• 2.2 数学原理.
• 2.3 分析步骤
• 2.4 有限元软件介绍
• 第3章 交通荷载作用下柔性基层加筋沥青路面的有限元分析
• 3.1 计算参数及假定
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.3 有限元计算结果分析
• 3.4 格栅层所置位置对沥青面层力学状况的影响
• 3.5 格栅层模量对沥青路面力学状况的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 交通荷载作用下格栅加筋旧沥青路面加铺层的有限元分析
• 4.1 计算参数及假定
• 4.2 建立有限元模型
• 4.3 有限元计算结果分析
• 4.4 格栅层所置位置对旧沥青路面加铺层力学状况的影响
• 4.4.1 沥青加铺层结构受力分析
• 4.4.2 沥青加铺层结构疲劳寿命的计算方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 交通荷载作用下格栅加筋旧水泥路面加铺层的有限元分析
• 5.1 防裂措施及力学机理简介
• 5.1.1 旧路裂缝对加铺层力学状况的影响
• 5.1.2 主要防裂措施
• 5.2 建立有旧路裂缝的沥青加铺层有限元模型
• 5.3 有裂缝时的有限元计算结果分析
• 5.4 格栅层所置位置对旧水泥路面加铺层力学状况的影响
• 5.4.1 沥青加铺层结构主拉应变分析
• 5.4.2 沥青加铺层结构竖向切应变分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文