基于应变能理论的沥青路面结构抗剪分析

发布时间：2017-08-20 21:13

  本文关键词：基于应变能理论的沥青路面结构抗剪分析

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【摘要】：车辙已成为影响我国沥青路面正常使用的主要病害之一。多年来,尽管许多道路工作者为此开展了大量的抗剪研究并获得了一定成果,但沥青路面的车辙病害并未因此得到理想的解决。沥青路面抗剪研究有必要打破传统,以更符合实际的强度理论和破坏准则为指导继续开展。本文通过弹性层状体系程序的力学计算分析和相关研究提出一种基于应变能理论的沥青路面抗剪研究的思路和方法。首先建立沥青路面结构力学分析模型,分析车辆荷载作用下沥青面层表面至基层内的形变能、体变能、主应力、剪应力的一般响应规律。结果显示,上面层为主要的抗车辙区域,在荷载范围内的路表薄层区域集中了路面结构内的绝大部分应变能,其中形变能所占比例很高,即该位置处的沥青混合料所受扭曲变形作用最大,这种作用易导致混合料产生剪切流变。此外,高水平的形变能必伴有高主应力值、剪应力值和高应力不均匀值。以各深度处形变能最大值点位为分析对象,进行各因素对形变能的影响状况研究。结果表明:不同基层形式、不同结构层厚度的路面结构内形变能大小和响应规律基本一致;水平荷载严重威胁沥青路面抗剪能力,水平力系数增加后,路面内形变能明显增大,轮迹边缘处形成的形变能集中现象加剧,抗车辙区域承担的破坏作用增大;形变能对面层弹性模量较敏感,尤其对上面层模量的变化反应强烈,表现为模量越高产生的形变能越小,宜选用既有良好弹性变形能力又有高弹性模量的材料作上面层,特殊路段可对表面薄层进行强化处理;面层层间粘结强度不足会引起形变能增加,导致路表面处的沥青混合料更易产生车辙变形。研究认为,若采用形变能为抗剪研究指标,可打破将单一应力分量视为破坏力、强度研究局限于摩尔-库伦理论的僵化思路,能综合考虑三向应力对材料强度的形成和破坏的作用,使沥青混合料强度特性和破坏特征的理论值与实际值更加吻合。最后设计以单向受压试验获取沥青混合料的极限形变能来评价其抗剪强度,初步建立了以形变能为指标的抗剪验算方法。
【关键词】：沥青路面 应变能 形变能 影响因素 抗剪强度 强度理论
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 研究现状13-18
• 1.2.1 我国沥青路面抗剪设计指标13-14
• 1.2.2 沥青路面车辙破坏机理14-16
• 1.2.3 沥青混合料抗剪性能评价方法16-18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 第2章 相关理论与分析模型19-30
• 2.1 应变能原理19-22
• 2.2 弹性层状体系理论22-27
• 2.2.1 弹性层状体系理论简介22-26
• 2.2.2 BISAR软件简介26-27
• 2.3 分析模型27-29
• 2.3.1 路面结构27-28
• 2.3.2 计算荷载28-29
• 2.3.3 点位布置29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 沥青路面结构内应变能响应状态30-42
• 3.1 形变能竖向分布规律30-32
• 3.2 形变能平面分布规律32-35
• 3.3 形变能极大值位置35-37
• 3.3.1 峰值区域35-36
• 3.3.2 最大值点位36-37
• 3.4 主应力水平37-39
• 3.5 体变能响应状态39-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第4章 沥青路面结构内形变能影响因素研究42-55
• 4.1 水平荷载的影响42-44
• 4.2 结构层弹性模量的影响44-49
• 4.2.1 上面层模量45-47
• 4.2.2 中面层模量47-49
• 4.2.3 下面层、基层模量49
• 4.3 层间结合条件的影响49-54
• 4.3.1 层间弹性柔量与滑动系数49-50
• 4.3.2 面层-面层层间结合条件50-52
• 4.3.3 面层-基层层间结合条件52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 基于形变能指标的沥青路面抗剪性能评价55-64
• 5.1 经典强度破坏理论55-56
• 5.2 沥青混合料强度形成56-57
• 5.3 应力状态对沥青混合料强度的作用57-60
• 5.3.1 复杂应力状态57-59
• 5.3.2 第二主应力的影响59-60
• 5.4 抗剪验算60-62
• 5.4.1 极限形变能的确定60
• 5.4.2 抗剪验算方法60-61
• 5.4.3 应用示例61-62
• 5.5 本章小结62-64
• 结语64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)71

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本文编号：708902