半刚性基层沥青路面反射裂缝防治技术研究

论文摘要

为了获得较高的承载能力及减小沥青面层厚度,我国高等级公路多采用半刚性基层。反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的常见病害,反射裂缝的出现不仅影响路面的美观和行车的舒适性,更重要的是大大地缩短了路面的使用寿命。交通荷载和温度荷载是导致反射裂缝形成和扩展的主要因素。本文以京珠国道主干线漯河至驻马店高速公路路面病害整治项目为依托,运用线弹性断裂力学理论及有限元法对反射裂缝的扩展机理进行了全面分析,并对运用智能合金复合夹层材料防治路面反射裂缝新技术进行了理论和现场试验研究。首先,运用断裂力学理论对反射裂缝尖端应力场的奇异性进行了描述,建立了平面断裂问题应力强度因子的数值解。介绍了ANSYS有限元分析软件,指出用其进行裂缝尖端应力强度因子计算是适用和高效的。其次,运用有限元软件ANSYS计算了裂缝尖端应力强度因子和面层内的应力,对基层含贯通裂缝的路面在交通荷载及温度荷载作用下的结构反应进行了深入分析。把交通荷载分为对称荷载和偏荷载两种情况,计算了裂缝尖端的应力强度因子,并对路面结构面层、基层参数变化对其的影响进行了分析。对路面突然降温时的温度场进行了数值模拟,计算了温度应力作用下反射裂缝尖端的应力强度因子,并对其进行了参数分析。接着对反射裂缝在交通荷载与温度荷载耦合作用下的裂缝扩展模式进行了研究。再次,介绍智能合金材料SMA及超薄应力吸收层艾赛克(英文简称ISCA),根据漯驻路的实际路面结构建立计算模型,并运用有限元软件ANSYS计算了铺设ISCA复合夹层的路面结构在交通荷载、温度荷载作用下裂缝尖端的应力强度因子和面层底部的应力。计算结果显示ISCA复合夹层对面层底部应力集中有较好的消散作用,能够抑制或者延缓反射裂缝向面层扩展。在讨论复合夹层的铺设位置对抑制反射裂缝扩展效果影响的同时,对夹层参数变化所造成的影响也进行了分析,提出了一套可供实际操作的反射裂缝防治方案。最后,结合现场试验及后续观测对理论分析结果进行验证,得出ISCA复合夹层防治反射裂缝是可行和高效的结论。通过以上工作,为作相关的后续研究及技术推广提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的依据及研究意义
• 1.2 反射裂缝产生的原因和造成的危害
• 1.3 半刚性基层沥青路面反射裂缝的防治现状
• 1.3.1 沥青路面断裂分析的理论
• 1.3.2 当前防治半刚性基层反射裂缝的措施
• 1.4 本文的研究内容及结构
• 第2章 半刚性路面反射裂缝形成及扩展的力学模型
• 2.1 半刚性路面反射裂缝力学模型
• 2.1.1 裂缝尖端的应力场和位移场
• 2.1.2 应力强度因子和断裂准则
• 2.2 应力强度因子的数学模型
• 2.2.1 有限单元法计算裂缝尖端的应力强度因子
• 2.2.2 奇异单元模式的建立与分析
• 2.3 应力强度因子的计算方法
• 2.3.1 ANSYS 软件简介
• 2.3.2 ANSYS 计算应力强度因子
• 2.4 本章小结
• 第3章 反射裂缝形成扩展机理分析
• 3.1 交通荷载作用下反射裂缝的扩展规律
• 3.1.1 计算假设与有限元模型建立
• 3.1.2 基层中的反射裂缝对路面结构的影响
• 3.1.3 交通荷载作用下反射裂缝扩展规律分析
• 3.2 温度荷载作用下反射裂缝的扩展规律
• 3.2.1 温度场的数值模拟与温度应力计算
• 3.2.2 温度荷载作用下反射裂缝扩展规律分析
• 3.3 交通荷载与温度荷载耦合作用分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 反射裂缝的防治技术研究
• 4.1 材料简介
• 4.1.1 智能合金材料的特点
• 4.1.2 ISCA 复合夹层及其防裂机理
• 4.2 计算模型及基本计算参数
• 4.3 面层底部应力计算及应力消散效果分析
• 4.3.1 交通荷载作用下应力分析
• 4.3.2 温度荷载作用下应力分析
• 4.4 夹层参数影响分析
• 4.5 夹层铺设位置对反射裂缝扩展的影响及分析
• 4.6 其他防治措施
• 4.6.1 Simm 系统应力吸收层
• 4.6.2 遇水膨胀橡胶沥青的研究
• 4.6.3 CFG 桩和石灰桩联合加固路基
• 4.7 本章小结
• 第5章 反射裂缝防治措施应用研究
• 5.1 路面病害现状
• 5.2 试验路方案
• 5.3 ISCA 复合夹层施工工艺研究
• 5.4 夹层使用效果评价
• 5.5 本章小结
• 结论及建议
• 主要结论
• 问题与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢