旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构的力学研究
本文关键词：旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构的力学研究
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【摘要】：近些年来,许多早期修建的水泥混凝土路面已经达到或接近使用寿命,道路损坏严重,我国目前对于旧路改建采取的主要形式是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层。但在外荷载作用下,由于旧水泥混凝土路面存在的接缝、裂缝等缺陷或病害,很容易导致加铺层产生反射裂缝。为了合理设计沥青加铺层结构,有效缓解旧水泥混凝土路面加铺层反射裂缝病害,建立有限元模型,运用数值模拟分析外荷载作用下接缝处沥青加铺层底应力随加铺层结构参数变化的规律；通过室内施加弯拉应力与剪切应力的疲劳试验模拟行车荷载作用下不同加铺层结构试件的反射裂缝发生发展变化,评价几种常见防治反射裂缝措施效能的优劣。研究结果表明：随车轮轴载的增加,接缝处沥青加铺层底的应力明显增加；加铺层厚度的增加可以显著降低接缝处沥青加铺层底应力,有效降低反射裂缝产生的可能,加铺层厚度不宜小于1Ocm,推荐厚度12-16cm；随着加铺层模量的增加,接缝处沥青加铺层荷载应力、温度应力以及耦合应力均逐渐升高,但趋势较为平缓,建议加铺层模量在1400-2000MPa范围内；在相同荷载作用下,综合地基模量越小,接缝处变形和加铺层底应力越大,容易引起反射裂缝,建议综合地基模量不低于100 MPa；降温幅度变化对加铺层底温度应力变化影响显著,随着降温幅度的增大,接缝处沥青加铺层底应力迅速增长；室内疲劳试验证明在荷载作用下,接缝处沥青加铺层底部由于应力集中而产生裂缝,进一步发展导致加铺层断裂；土工布可以吸收并扩散一部分应力,它的效用体现在加铺层即将或已经断裂之后,降低裂缝的扩展速度和宽度,与沥青加铺层共同承担应力；对比分析疲劳试验结果可知,应力吸收层具有极好的抗疲劳能力、弹性恢复能力及较高的拉伸能力,接缝处应力吸收层发挥自身变形大的优势吸收了荷载应力,故无论是弯拉还是剪切作用,应力吸收层对反射裂缝的防治与延缓均有良好的效果。
【关键词】：沥青混凝土加铺层 应力分析 反射裂缝 疲劳试验
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.216
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-8
- 1 绪论8-14
- 1.1 研究的背景、目的及意义8-10
- 1.1.1 研究背景8-9
- 1.1.2 研究目的及意义9-10
- 1.2 国内外研究现状10-12
- 1.2.1 加铺层结构力学分析研究现状10-11
- 1.2.2 复合式路面防治反射裂缝技术研究现状11-12
- 1.3 研究内容及技术路线12-14
- 1.3.1 研究内容12
- 1.3.2 技术路线12-14
- 2 旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构荷载应力分析14-28
- 2.1 材料强度理论14-15
- 2.1.1 最大拉应力理论14
- 2.1.2 最大剪应力理论14-15
- 2.1.3 形状改变比能理论15
- 2.2 有限元分析模型及计算参数15-19
- 2.2.1 ABAQUS有限元软件简介15-16
- 2.2.2 计算模型及参数16-18
- 2.2.3 模型可靠性验证18-19
- 2.3 沥青加铺层结构应力分析19-27
- 2.3.1 车轮轴载对加铺层结构的影响19-21
- 2.3.2 加铺层厚度对加铺层结构的影响21-22
- 2.3.3 加铺层模量对加铺层结构的影响22-24
- 2.3.4 综合地基模量对加铺层结构的影响24-27
- 2.4 本章小结27-28
- 3 沥青加铺层结构温度应力及耦合应力分析28-37
- 3.1 温度场计算基本理论28-31
- 3.2 温度计算模型参数31-34
- 3.2.1 降温幅度对加铺层结构的影响31-32
- 3.2.2 加铺层厚度对加铺层结构的影响32-33
- 3.2.3 加铺层模量对加铺层结构的影响33-34
- 3.3 耦合应力作用下沥青加铺层结构应力分析34-36
- 3.3.1 加铺层厚度变化对加铺层结构的影响34-35
- 3.3.2 加铺层模量变化对加铺层结构的影响35-36
- 3.4 本章小结36-37
- 4 室内反射裂缝模拟试验37-48
- 4.1 反射裂缝扩展模式37-39
- 4.2 反射裂缝扩展阶段39-40
- 4.3 反射裂缝MTS疲劳对比试验40-47
- 4.3.1 弯拉疲劳试验40-44
- 4.3.2 剪切疲劳试验44-47
- 4.4 本章小结47-48
- 结论48-49
- 参考文献49-52
- 附录52-53
- 攻读学位期间发表的学术论文53-54
- 致谢54-55
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本文编号：1093048
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