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基于土工合成材料加铺层沥青混凝土路面抗裂性能研究

作　者: 翟晓星
导　师: 孙雅珍
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 土工合成材料沥青混凝土路面损伤因子应力强度因子扩展机理防裂效果
分类号: U416.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

相比水泥混凝土路面,沥青混凝土路面具有很多优点,例如表面平整、耐磨、行车舒适、养护维修简便等,因而获得了广泛的应用。但是沥青路面经常会产生各种裂缝,裂缝的出现,往往是沥青混凝土路面损坏加剧的开始,由此导致网裂、龟裂、坑槽等病害。雨水沿裂缝下渗,还会对基层造成损害,从而影响行车的平稳性和舒适性。对于广泛应用的半刚性基层沥青混凝土路面,由于其自身特性,基层极易出现干缩裂缝和温缩裂缝,这些裂缝在行车荷载和温度荷载的作用下,会反射到沥青面层,形成反射裂缝,从而影响路面的使用性能。路面裂缝一直是困扰公路建设和养护的主要问题,沥青混凝土路面的防裂控制也成为交通领域和力学领域研究的热点问题。本文从理论分析、数值模拟与室内实验三个方面研究了沥青混凝土小梁的损伤演化过程和沥青混凝土路面裂缝的扩展机理,通过添加土工合成材料加铺层的方法,达到防裂控制、延长沥青路面使用寿命的目的。在理论方面,应用Sidoroff损伤模型研究沥青混凝土小梁的损伤演化过程,应用应力强度因子理论来研究沥青混凝土路面裂缝的扩展机理；在数值模拟方面,通过ABAQUS有限元软件建立沥青混凝土小梁与三维层状路面体结构两种有限元分析模型,模拟小梁的损伤演化过程以及沥青混凝土路面裂缝的扩展机理,从而确定土工合成材料的合理层位及其防裂效果；在实验方面,利用沥青混合料劈裂试验和沥青混合料疲劳试验来研究土工合成材料的防裂效果。通过上述研究,论文研究成果渴望在实践过程中带来一定的经济效益和社会效益,为北方高等级公路沥青路面设计与养护提供借鉴作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 研究目的和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
    1.2.1 沥青混凝土路面损伤演化  13-14
    1.2.2 土工合成材料加铺层防裂控制  14
  1.3 土工合成材料在沥青路面中的抗裂机理  14-18
    1.3.1 土工合成材料概述  14-17
    1.3.2 土工合成材料的抗裂机理  17-18
  1.4 论文主要研究内容  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章 Sidoroff各向异性损伤理论及应力强度因子理论  20-28
  2.1 损伤力学基本知识  20-25
    2.1.1 损伤力学的主要研究内容  20-21
    2.1.2 损伤变量的引入  21-22
    2.1.3 Sidoroff各向异性损伤理论  22-25
  2.2 断裂力学基本知识  25-27
    2.2.1 线弹性断裂力学中裂纹类型与渐进应力场  25-26
    2.2.2 应力强度因子理论和断裂判据  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章土工合成材料抑制沥青混凝土小梁损伤分析  28-40
  3.1 有限单元法简介  28-29
    3.1.1 有限单元法求解基本步骤  28
    3.1.2 ABAUQS有限元软件介绍  28-29
  3.2 混凝土损伤塑性模型  29-33
    3.2.1 力学行为  29-32
    3.2.2 拉伸强化  32-33
  3.3 含土工合成材料加铺层小梁有限元模型的建立  33-36
    3.3.1 小梁模型尺寸的确定及加载方式  33-34
    3.3.2 材料力学参数  34-35
    3.3.3 小梁模型网格划分  35-36
  3.4 土工合成材料抑制沥青混凝土小梁损伤分析  36-39
    3.4.1 普通小梁在荷载作用下的数值计算结果  36-38
    3.4.2 土工合成材料合理层位的确定  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章土工合成材料加铺层抗裂性能试验研究  40-50
  4.1 试验原材料  40-42
  4.2 试验方案  42-44
    4.2.1 试验目的  42
    4.2.2 试验内容  42
    4.2.3 试验仪器  42-43
    4.2.4 试件制备  43-44
  4.3 沥青混合料劈裂试验  44-46
    4.3.1 试验原理  44-45
    4.3.2 试验步骤  45-46
    4.3.3 试验结果分析  46
  4.4 沥青混合料疲劳试验  46-49
    4.4.1 试验原理  46-47
    4.4.2 试验步骤  47
    4.4.3 试验结果分析  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章沥青路面裂缝扩展机理与土工合成材料防裂效果分析  50-68
  5.1 沥青路面裂缝类型  50-53
  5.2 三维路面结构模型尺寸及网格划分  53-58
    5.2.1 路面结构模型的解析解  53-55
    5.2.2 路面结构模型尺寸的确定  55-56
    5.2.3 路面结构模型网格划分  56-58
  5.3 荷载场与温度场的确定  58-59
    5.3.1 荷载场的确定  58
    5.3.2 温度场的确定  58-59
  5.4 含反射裂缝沥青路面结构有限元模型的建立  59-61
    5.4.1 路面结构及加载方式  59-60
    5.4.2 基本假设  60
    5.4.3 含反射裂缝沥青路面结构网格划分  60-61
  5.5 沥青面层底部裂缝处的应力分析  61-62
    5.5.1 行车荷载作用下的应力计算结果  61
    5.5.2 温度作用下的应力计算结果  61-62
    5.5.3 温度与偏荷载耦合作用下的应力计算结果  62
  5.6 土工合成材料防裂效果分析  62-64
    5.6.1 偏荷载作用下的防裂效果分析  62
    5.6.2 温度作用下的防裂效果分析  62-63
    5.6.3 温度与偏荷载耦合作用下的防裂效果分析  63-64
  5.7 裂缝尖端应力强度因子分析  64-66
    5.7.1 应力强度因子计算结果  65-66
    5.7.2 防裂效果分析  66
  5.8 本章小结  66-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 主要结论  68-69
  6.2 需要进一步研究的内容  69-70
参考文献  70-74
作者简介  74
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

基于土工合成材料加铺层沥青混凝土路面抗裂性能研究

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