沥青路面表面裂缝扩展行为分析

论文摘要

沥青路面早期裂缝的出现,降低了道路的承载能力和使用年限,影响了道路的使用性能。近年来,发生在沥青路面表面并向下扩展的裂缝,即表面裂缝,引起了人们越来越多的重视。本文基于断裂力学理论,应用有限元软件ABAQUS建立模型对沥青路面表面裂缝的扩展行为进行了数值计算分析。文章考虑沥青面层与半刚性基层间的摩擦接触状况,并通过加载子程序的方式引入移动荷载的作用,分别建立二维和三维含表面裂缝有限元模型。使用位移法来计算应力强度因子,分析了横向和纵向表面裂缝应力强度因子K11随荷载位置的变化规律。通过对二维和三维模型的结果进行分析,主要的研究结论如下:（1）探讨了不同的结构层组合（面层厚度、面层模量和基层模量）对表面裂缝扩展的影响。发现增加基层模量能减缓表面裂缝的扩展,而增大面层厚度和面层模量对减缓表面裂缝的扩展却不一定是有利的。（2）分析了不同裂缝开裂深度和不同层间摩擦接触状况对表面裂缝扩展的影响。计算结果表明表面裂缝在初期阶段发展较快,应及早对其进行修复养护。而加强层间的粘结程度能有效减缓表面裂缝的扩展。（3）分析了轮胎接地压力的非均匀性和车辆超载对表面裂缝扩展的影响。轮胎接地压力的凹形分布对表面裂缝的影响要大于均匀分布和凸形分布,超载则加速了表面裂缝的扩展。为半刚性基层沥青路面的合理化设计和沥青路面的维修养护提供一定的理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国外研究现状
• 1.3 国内研究现状
• 1.4 研究内容和技术路线
• 第二章 沥青路面裂缝破损机理分析与有限元软件ABAQUS介绍
• 2.1 裂缝的分类
• 2.1.1 荷载型裂缝
• 2.1.2 非荷载型裂缝
• 2.2 沥青路面裂缝形成机理分析
• 2.2.1 荷载型裂缝的形成机理
• 2.2.2 非荷载型裂缝的形成机理
• 2.3 有限元软件ABAQUS简介
• 2.3.1 ABAQUS的主要模块
• 2.3.2 ABAQUS的分析步骤
• 2.3.3 ABAQUS的模型介绍
• 第三章 沥青路面线弹性断裂力学分析
• 3.1 线弹性断裂力学方法
• 3.1.1 裂缝类型
• 3.1.2 裂缝尖端奇异场
• 3.1.3 断裂韧度与K准则
• 3.2 应力强度因子求解方法
• 第四章 二维模型下表面裂缝扩展行为分析
• 4.1 含表面裂缝二维有限元模型的建立与验证
• 4.1.1 计算模型与参数
• 4.1.2 移动荷载与接触
• 4.1.3 模型验证
• 4.2 移动荷载作用下横向表面裂缝扩展分析
• 4.3 不同结构层组合对表面裂缝扩展的影响
• 4.3.1 面层厚度对应力强度因子的影响规律
• 4.3.2 面层弹性模量对应力强度因子的影响规律
• 4.3.3 基层弹性模量对应力强度因子的影响规律
• 4.4 层间摩擦系数对表面裂缝扩展的影响规律
• 4.5 裂缝开裂深度对表面裂缝扩展的影响规律
• 第五章 三维模型下表面裂缝扩展行为分析
• 5.1 三维有限元模型的建立
• 5.2 移动荷载作用下横向表面裂缝扩展分析
• 5.3 不同结构层组合对表面裂缝扩展的影响
• 5.3.1 面层厚度对表面裂缝扩展的影响
• 5.3.2 面层模量对表面裂缝扩展的影响
• 5.3.3 基层模量对表面裂缝扩展的影响
• 5.4 层间摩擦系数对表面裂缝扩展的影响
• 5.5 裂缝开裂深度对表面裂缝扩展的影响
• 5.6 移动荷载对纵向表面裂缝扩展的影响
• 5.7 非均布荷载及超载对表面裂缝扩展的影响
• 5.7.1 非均布荷载计算模型
• 5.7.2 非均布荷载对应力强度因子的影响
• 5.7.3 车轮超载对表面裂缝扩展的影响
• 第六章 沥青路面表面裂缝的防治与养护维修措施
• 6.1 沥青路面表面裂缝的防治措施
• 6.1.1 合理的结构设计
• 6.1.2 正确的施工质量与施工工艺
• 6.1.3 提高沥青混合料的抗裂性能与加强交通管理
• 6.2 沥青路面表面裂缝的养护维修措施
• 6.2.1 及时封闭面层裂缝
• 6.2.2 设置沥青路面的封层
• 6.2.3 采用高聚物注浆技术
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢