带裂纹沥青路面结构三维有限元分析

论文摘要

本文首先对国内外沥青路面结构力学计算分析方法的发展情况、弹性层状体系理论及有限单元法作了简单介绍,简述了本文的研究目的及其内容。在借鉴已有研究成果的基础上,选取两种典型沥青路面结构,采用道路工程有限元方法,运用有限元分析软件ANSYS,计算和分析了含与不含裂缝的沥青路面结构在静荷载和移动荷载作用下的力学特性。针对不同的路面结构参数:防水层弹性模量、面层弹性模量和面层厚度,得到相关路面结构的数值计算结果:路面弯沉、面层压应力、面层底面拉应力、防水层底面拉应力、面层剪应力和防水层剪应力,并总结和分析了其规律。探讨了沥青路面在荷载变化情况下产生的力学响应。通过沥青路面结构在开裂前后的力学计算结果的比较,分析了路面开裂后,裂纹的位置、长度和深度对路面结构应力变化的影响。研究了路面在移动荷载作用下的弯沉和应力的规律,分析计算了沥青路面结构开裂前后在动荷载作用下的动力响应。

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 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 沥青路面结构基本理论
• 2.1 三维弹性理论基本方程
• 2.2 层状弹性体系力学计算方法
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 轴对称弹性空间问题的基本方程
• 2.2.3 轴对称空间问题的一般解
• 2.3 道路工程有限元理论
• 2.3.1 有限元方法的基本原理
• 2.3.2 有限元方法在道路工程中的应用
• 第三章 沥青路面结构静力学分析
• 3.1 沥青路面结构有限元模型的建立
• 3.1.1 路面结构的选取
• 3.1.2 荷载的确定
• 3.1.3 有限元计算模型
• 3.2 防水层弹性模量的影响分析
• 3.2.1 防水层弹性模量对路面弯沉的影响
• 3.2.2 防水层弹性模量对压应力的影响
• 3.2.3 防水层弹性模量对拉应力的影响
• 3.2.4 防水层弹性模量对剪应力的影响
• 3.3 面层材料参数的影响分析
• 3.3.1 面层弹性模量对路面结构的影响分析
• 3.3.2 面层厚度对路面结构的影响分析
• 3.4 小结
• 第四章 裂纹对路面结构的影响
• 4.1 不同位置裂纹的影响分析
• 4.1.1 不同位置裂纹对弯沉的影响
• 4.1.2 不同位置裂纹对压应力的影响
• 4.1.3 不同位置裂纹对拉应力的影响
• 4.1.4 不同位置裂纹对剪应力的影响
• 4.2 裂纹深度对结构的影响
• 4.2.1 裂纹深度对弯沉的影响
• 4.2.2 裂纹深度对压应力的影响
• 4.2.3 裂纹深度对拉应力的影响
• 4.2.4 裂纹深度对剪应力的影响
• 4.3 小结
• 第五章 路面结构动力学分析
• 5.1 沥青路面结构动力学分析理论
• 5.1.1 运动方程
• 5.1.2 动力学分析的基本类型
• 5.2 沥青路面结构动力特性分析
• 5.2.1 模态分析
• 5.2.2 谐响应分析
• 5.2.3 移动荷载作用下路面结构的弯沉和应力
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢