含裂缝体沥青路面动力响应特性研究

发布时间：2017-11-18 11:02

本文关键词：含裂缝体沥青路面动力响应特性研究

【摘要】：半刚性基层沥青路面由于其具有行车平稳舒适、承载能力好、噪音低等优点,在高速公路建设中被广泛采用。但是沥青路面的早期破坏问题,尤其是路面结构的开裂问题,已经成为半刚性基层沥青路面最严重的病害之一。公路运输中,汽车荷载是动态荷载,随着时间和路表特性不断变化,并不是一个静态荷载,由此而产生的沥青路面结构开裂问题以及裂缝的扩展问题也变得十分复杂。本文将断裂力学理论应用到有限元数值分析中,应用ABAQUS软件对动态荷载作用下沥青路面含基层底裂缝及含表面裂缝两种裂缝的扩展进行模拟,得到平面应变模型和三维实体模型下裂缝扩展过程中应力强度因子K与结构层参数的变化规律,并将二维计算结果与三维计算结果进行对比分析。此外,针对基层底裂缝和表面裂缝两种模型,研究了一个周期荷载作用下,表面弯沉随时间变化规律,并与完整结构及静态荷载作用下的结果进行比较。同时,还探讨了应力强度因子随时间的变化规律和不同荷载对于裂缝扩展的影响。最后,利用BP神经网络建立了应力强度因子的预测模型。通过对动态荷载作用下含裂缝沥青路面的研究,主要得出以下结论:(1)相比静态荷载,动态荷载会减小沥青路面表面弯沉值,减小幅度大约为23.7%。沥青路面开裂后,路面的弯沉值明显增大,尤其是随着裂缝在结构中的扩展,弯沉值会逐渐增大。(2)应力强度因子随时间变化曲线形状类似于半正弦加载曲线,但是存在一定的滞后性,在0.6T处取得最大值。对于基层底裂缝,开裂初期开裂主要由K1控制,开裂末期主要由K2控制,并与静态荷载作用下的开裂有所不同;对于表面裂缝,开裂仅表现为剪切破坏,且应力强度因子大于静态的K值。(3)三维实体模型中应力强度因子相比二维模型偏小。此外,可以通过增大面层厚度、模量,基层厚度以及底基层厚度、模量和减小基层模量,可以抑制基层底裂缝的向上扩展,其中面层模量对于基层底裂缝的影响较小;对于表面裂缝,增大面层厚度,基层模量、厚度,底基层模量、厚度,减小面层模量,有利于控制表面裂缝的进一步扩展,其中基层模量和厚度的增大以及面层模量的减小,对于抑制表面裂缝的扩展贡献较大。(4)在裂缝扩展过程中,应力强度因子随荷载的变化曲线表现出线性变化规律,荷载增大,应力强度因子随之增大。(5)利用BP神经网络建立沥青路面裂缝应力强度因子的预测模型,具有较高的精度。与传统有限元计算相比,神经网络的应用大大提高了计算效率,节约了时间。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217

【参考文献】

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