Cape路面抗反射裂缝性能数值分析及实验研究

论文摘要

Cape路面是一种新的路面结构型式,其造价低廉,施工简单,形成的路面美观密实,在路面修补和低等级公路应用中有广阔的发展前景。本论文依托辽宁省交通厅Cape路面研究项目,对Cape路面抗反射裂缝性能进行了研究,以便为改善道路结构性能、延长使用年限提供参考。本论文大致可分为以下三个部分：1、Cape路面的静力学特性研究。建立基于多层连续线弹性道路结构有限元模型,考察在车辆荷载的对称和非对称作用下,沥青面层顶部及底部的应力变化以及其应力强度因子变化；建立Cape路面细观数值分析模型,考察在不同沥青含量、孔隙率及级配下路面内部应力变化。结果表明,面层厚度和模量变化对Cape路面抗反射裂缝影响显著,采用较低沥青含量及半开级配的沥青碎石均有利于防反射裂缝。2、Cape路面的动力学特性研究。建立含基层裂缝的有限元模型,对动荷载作用下裂缝尖端的应力强度因子进行分析,分别得出在道路阻尼比和车辆荷载周期变化对应力强度因子的影响；分析了材料参数对强度因子的影响。结果表明,动荷载作用下,阻尼比增加及面层厚度和模量变化均有利于提高Cape路面的抗反射裂缝性能。3、实验部分。介绍了利用脆性涂层法观察Cape路面反射裂缝的过程。实验观察表明,大粒径的沥青碎石抗反射裂缝能力较强,有助于对数值模拟结果的深入理解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 Cape路面简介
• 1.1.1 Cape路面的主要特点和工作机理
• 1.1.2 Cape路面的研究和应用现状
• 1.2 裂缝及其分类
• 1.2.1 裂缝的分类
• 1.2.2 裂缝的危害
• 1.3 反射裂缝的成因及研究现状
• 1.3.1 反射裂缝的产生机理
• 1.3.2 影响反射裂缝的因素
• 1.3.3 反射裂缝的理论研究国内外概况
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 路面断裂分析理论及动力分析理论
• 2.1 断裂力学基本理论
• 2.1.1 裂纹基本类型
• 2.1.2 裂缝尖端区域应力场
• 2.1.3 应力强度因子
• 2.1.4 断裂韧度和断裂准则
• 2.2 有限元法求解断裂力学问题概述
• 2.2.1 奇异等参单元
• 2.2.2 应力强度因子的有限元解法
• 2.3 沥青路面结构动力学分析理论
• 2.3.1 通用运动方程
• 2.3.2 动力学分析的基本类型
• 2.3.2.1 模态分析
• 2.3.2.2 谐响应分析
• 2.3.2.3 瞬态动力学分析
• 2.4 小结
• 第三章 Cape路面抗反射裂缝结构静力学分析
• 3.1 宏观体系分析
• 3.1.1 有限元模型
• 3.1.2 基本假设
• 3.1.3 计算荷载
• 3.1.4 结构材料参数
• 3.1.5 网格划分
• 3.1.6 荷载应力分析
• 3.1.7 材料对裂缝尖端和面层应力的影响
• 3.2 细观数值模拟
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 网格划分
• 3.2.3 材料参数的确定
• 3.2.4 计算结果
• 3.3 小结
• 第四章 Cape路面结构动力学特性分析
• 4.1 动荷载作用状况
• 4.2 有限元模型
• 4.3 动荷载作用下应力强度因子的有限元解法
• 4.4 数值计算结果及分析
• 4.4.1 阻尼变化对应力强度因子的影响
• 4.4.2 荷载周期变化对应力强度因子的影响
• 4.4.3 路面结构参数变化对应力强度因子的影响
• 4.5 小结
• 第五章 Cape路面反射裂缝试验研究
• 5.1 脆性涂层法基本原理
• 5.2 试验概况
• 5.3 试验结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献