水泥混凝土桥沥青铺装层力学特征及裂缝扩展研究

论文摘要

桥面铺装体系是桥梁结构的重要组成部分,直接承受车辆荷载和日照温度变化的影响,受力情况较普通路面结构更为复杂。因此,在进行力学计算时,采用传统的路面结构模型并不能准确的分析出铺装体系的力学特性。本文在线弹性力学的基础上,利用ABAQUS有限元软件,模拟工程实例桥梁,建立合理的三维模型分析静态车载作用于简支空心板沥青面层时的铺装层应力状态,并采用断裂力学基本理论对铺装层的裂缝扩展进行深入探讨。首先,本文在广泛了解国内外有关桥面铺装研究的基础上,借鉴相关学者的经验,归纳已有成果中的不足,探索后续研究的技术方法。其次,对具体的调查结果进行分析,总结桥面铺装破坏的主要类型和影响因素,提出破坏产生和发展的控制指标和计算公式。第三,以有限元理论为基础,建立朱家冲中桥的三维实体模型,并给予各类约束和材料参数。荷载采用单轴双轮组,通过移动荷载作用位置找出此桥面铺装的最不利荷位。在不利荷位下改变面层材料的参数、超载比例、摩阻系数和层间摩擦系数来寻求各参数变化对铺装层内应力和表面竖向位移的影响。第四,以断裂力学为基础,研究偏载作用下,带缝铺装体系的沥青面层靠近裂缝尖端区域剪应力受裂缝宽度和沥青面层材料参数变化的影响,并分析Ⅱ型裂缝尖端应力强度因子KⅡ的变化,以判断Ⅱ型裂缝扩展速率的变化。研究温度荷载作用下,带缝铺装体系的沥青面层靠近裂缝尖端区域拉应力受裂缝宽度、面层材料参数和温缩系数变化的影响,并分析Ⅰ型裂缝尖端应力强度因子KⅠ的变化,以判断Ⅰ型裂缝扩展速率的变化。本文的研究结果,为深入研究桥面铺装的破坏机理提供了重要的理论参考,也为桥面铺装体系在设计和施工过程中,采用合适方法预防和抵抗裂缝扩展提供了宝贵的技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 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 本文主要研究内容
• 第2章 桥面铺装层病害类型及成因分析
• 2.1 国内桥面铺装使用现状
• 2.2 桥面铺装的破坏形式及机理研究
• 2.2.1 桥面铺装的破坏类型和控制指标
• 2.2.2 桥面铺装的破坏机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 有限元方法及模型分析
• 3.1 有限元分析理论
• 3.1.1 有限元方法的基本原理
• 3.1.2 路面工程中的有限元方法
• 3.2 ABAQUS软件简介
• 3.2.1 ABAQUS概述
• 3.2.2 ABAQUS的主要模块
• 3.2.3 ABAQUS的分析步骤
• 3.3 分析模型及计算参数
• 3.3.1 工程背景
• 3.3.2 基本假设和计算参数
• 3.3.3 计算荷载
• 3.3.4 有限元模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 沥青混凝土桥面铺装的静力学响应
• 4.1 静力分析基本理论
• 4.2 桥面铺装层最不利荷位的确定
• 4.2.1 横向最不利荷位的确定
• 4.2.2 纵向最不利荷位的确定
• 4.3 铺装层参数变化对铺装层受力的影响
• 4.3.1 铺装层模量变化对铺装层受力的影响
• 4.3.2 铺装层厚度变化对铺装层受力的影响
• 4.4 行车荷载对铺装层受力的影响
• 4.4.1 超载对铺装层受力的影响
• 4.4.2 水平荷载对铺装层受力的影响
• 4.5 层间接触状况对铺装层受力的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 带缝桥面铺装层力学特性分析
• 5.1 断裂力学基本理论
• 5.1.1 裂缝扩展的三种基本类型
• 5.1.2 裂缝尖端区域附近应力场
• 5.1.3 应力强度因子
• 5.2 含缝铺装结构的静力响应分析
• 5.2.1 不同静载位置对裂缝扩展的影响
• 5.2.2 裂缝宽度变化对Ⅱ型裂缝尖端应力的影响
• 5.2.3 面层模量变化对Ⅱ型裂缝尖端应力的影响
• 5.2.4 面层厚度变化对Ⅱ型裂缝尖端应力的影响
• 5.3 温度荷载作用下含缝铺装结构响应分析
• 5.3.1 含缝桥面铺装结构温度荷载计算模型
• 5.3.2 裂缝宽度变化对Ⅰ型裂缝尖端应力的影响
• 5.3.3 面层模量变化对Ⅰ型裂缝尖端应力的影响
• 5.3.4 面层厚度变化对Ⅰ型裂缝尖端应力的影响
• 5.3.5 温缩系数变化对Ⅰ型裂缝尖端应力的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢