复合式路面加铺应力吸收层的动力响应和试验研究

发布时间：2020-06-08 08:46

【摘要】：在水泥混凝土路面上加铺沥青混合料层,形成复合式路面结构,可以大大提高路面行车舒适性,弥补刚性路面的不足。但由于两种路面的力学性能不同,在行车荷载和温度的作用下,路面会产生反射裂缝。由于大气降水从裂缝进入,使得路面进一步出现病害,严重影响行车及路面使用寿命,在水泥混凝土和沥青混合料之间加入应力吸收层,旨在改善结构层的应力状态,有效防止反射裂缝的出现。本文的主要内容和研究结论如下:首先,运用ABAQUS软件建立存在裂缝的路面结构模型,而后运用子程序平台在路面上施加动荷载,而后对比研究在动荷载作用下改变路面结构层各层的厚度和模量时加铺应力吸收层的路面结构和直接加铺路面结构的应力和弯沉变化规律,得出设置应力吸收层能够有效的改善路面的应力集中现象。同时得出应力吸收层厚度、应力吸收层模量模量、沥青层厚度、土基模量等因素变化对沥青混合料加铺层受力会产生较大的影响,而水泥混凝土路面厚度、水泥混凝土路面模量以及沥青层模量对沥青混合料加铺结构的受力产生的影响较小。其次,运用ABAQUS软件建立温度场模型,而后在ABAQUS子程序平台上定义随时间变化的外界温度子程序,同时在子程序中设定太阳辐射、日照时间、气温及对流热交换和路面有效辐射等因素的值。建立模型加入随时间变化的外界温度子程序,研究在一天之内温度变化作用下荷载应力的变化,得出了下16时温度荷载应力值最大。同时在其他因素不变的条件下,在路面模型中对路面结构进行耦合应力作用分析,研究了在耦合应力作用下应力吸收层模量变化时沥青混合料加铺层底的应力变化规律,得到应力的变化规律与单独对模型施加动荷载的变化规律相同。最后,为了验证应力吸收材料在道路中的作用,选取了目前道路防反技术中较为常见的防反材料进行室内疲劳试验研究,研究了不同路面结构组合的抗裂性能。分析了不同防反材料的性能和特点,证明了在实际中防反材料能够有效的改善路面的受力情况,提高路面的疲劳寿命,同时得出了剪应力是造成复合式路面破坏的主要因素。
【图文】：

温度型反射裂缝,沥青罩面层,裂缝

2.1 反射裂缝的产生当拉应力和剪应力作用于旧有水泥路面接缝以及裂缝处时，裂缝及接缝处上方的沥青罩面层容易受到损伤，所以旧有的接缝和裂缝会直接引发反射裂缝，造成沥青罩面层的损伤，一般认为，当沥青面层和旧有路面板直接能够良好连接时有以下两种荷载会造成反射裂缝的产生：温度以及车辆荷载作用。通常将温度作用下产生的裂缝称为温度反射型裂缝，将由车辆荷载引起的裂缝称为荷载型反射裂缝。温度型反射裂缝:在我国各个地区，温度随着时间的推移都在不断发生着变化。当外界气温较低时，，混凝土板会进行收缩变形，从而在沥青罩面层内产生拉应力，当在高温季节时，混凝土板会发生膨胀，从而在沥青罩面层内产生压应力，产生的裂缝如图 2-1 所示。而在日温度变化作用下，由于沥青路面表面和大气接触，路面板温度变化较为明显，底面温度变化较小，会造成沥青罩面层产生翘曲变形。

反射型,裂缝,荷载,反射裂缝

图 2-2 荷载反射型裂缝2.2 反射裂缝的扩展及扩展理论在传统的力学强度理论中，认为当沥青面层所承受的应力超过沥青混凝土本身所具有的承载极限时，沥青面层就会被破坏，不能保持稳定的工作状态。然而在沥青路面的实际运行过程中，若反射裂缝造成沥青路面完全破坏，需要经历裂缝扩展阶段，反射裂缝会在沥青面层上产生纵横向扩展、直至破坏。2.2.1 裂缝的产生和发展形式断裂力学认为,裂缝的扩展有三种位移模式:张开模式、剪切模式和撕开模式如图 2-3 所示。在温度应力的影响下，反射裂缝为张开模式，而在车辆荷载作用下裂缝的主要模式为张开型裂缝和剪切型裂，在一些特殊的情况下在罩面层中会出现撕开模式。温度变化出现温度反射型裂缝，首先在罩面层底部会出现，而后会逐渐向上发展出现在罩面层上部。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.2

【参考文献】