复合式路面强加筋防裂夹层结构分析及性能研究

发布时间：2017-05-15 00:11

  本文关键词：复合式路面强加筋防裂夹层结构分析及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比较传统的刚性路面和柔性路面,AC+PCC刚柔复合式路面结构集合了两者的优点,既能够承载足够的行车荷载又能够提供良好的行车条件。但是这种刚柔复合式路面结构较易产生反射裂缝,这一点极大地限制了这种新型路面结构的推广使用。本文通过理论分析,对复合式路面强加筋防裂夹层结构性能进行研究,探讨强加筋材料的防裂机理,综合评价其防反效能。本文运用有限元软件ABAQUS建立设有强加筋防裂夹层的复合式路面结构的三维有限元模型,选取AC+PCC刚柔复合式路面结构AC层层底最大拉应力、最大剪应力以及PCC板板顶最大弯沉差为力学分析指标,研究钢丝网强加筋防裂夹层对AC+PCC刚柔复合式路面结构反射裂缝的防治效果。本文选用镀锌钢丝网作为强加筋防裂夹层材料,结合我国现行公路沥青路面设计规范,分析加钢丝网与未加钢丝网、钢丝网置入结构层不同位置时AC层内的应力状态以及镀锌钢丝网防裂夹层在地基模量、荷载大小变化时对AC层受力状态的主要影响规律,探讨镀锌钢丝网防裂夹层对新建AC+PCC刚柔复合式路面结构的防裂机理。通过分析得到1)钢丝网防裂夹层越靠近AC+PCC刚柔复合式路面沥青面层层底越能有效地起到防治反射裂缝的作用;2)在初期,提高土基的模量能在很大程度上改善路面结构层的荷载应力,但当土基模量超过一定范围,继续提高土基模量则收效甚微,影响不大;3)虽然基层模量的增加能在一定程度上起到降低结构层应力的作用,但这种效果不太明显,考虑到经济效应不建议通过增大基层模量来降低路面结构荷载应力;4)在超载条件下钢丝网通过自身的高抗拉强度与低延伸率来达到缓解接缝处的应力集中程度与竖向剪切位移的目的,因此有效地抑制了横向张开型、水平剪切型与竖向剪切型反射裂缝的产生和扩展,提升路面结构的使用性和稳定性,延长了路面结构的使用寿命。本文通过建立复合式路面结构三维有限元模型分析了温度荷载作用下路面结构的力学响应,并研究了正温度梯度和负温度梯度下AC+PCC复合式路面结构的温度应力。通过对比分析布置钢丝网与未布置钢丝网路面结构的温度应力,可以得到在温度荷载作用下,钢丝网可以凭借自身强大的抗拉伸能力和极强的延伸性起到消散接缝处沥青层层底的应力集中程度,在很大程度上减小AC层层底的最大拉应力和剪应力,从而起到抑制复合式路面水平张开型和竖向剪切型反射裂缝的作用。本文对镀锌钢丝网、土工格栅以及土工布加筋的效果进行了分析比较,结果表明对三大分析指标(AC层底最大拉应力σ_a、最大剪应力τ_a、PCC板板顶最大弯沉差△l)的影响由大到小排序均为镀锌钢丝网土工格栅土工布。与未布置任何夹层相比,布置了钢丝网、土工格栅、土工布后路面结构AC层层底最大拉应力as分别减小了38.78%、11.43%、8.30%,AC层层底最大拉应力as的减小值分别是土工格栅、土工布的3.39倍、4.67倍;AC层层底最大剪应力at分别减小了30.01%、7.79%、4.41%,AC层层底最大剪应力at的减小值分别是土工格栅、土工布的3.85倍、6.80倍;PCC板板顶最大弯沉差△l分别减小了15.02%、3.61%、1.81%,PCC板板顶最大弯沉差△l的减小值分别是土工格栅、土工布的4.16倍、8.30倍。由此可见,钢丝网强加筋防裂夹层防治横向张开型、水平剪切型以及竖向剪切型反射裂缝的能力明显优于土工格栅和土工布。
【关键词】：道路工程 复合式路面 防反性能 有限元 强加筋
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 选题背景和研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 反射裂缝的力学分析方法11-13
• 1.2.2 评价抵抗反射裂缝能力的试验方法13-15
• 1.2.3 反射裂缝的防治措施15-18
• 1.3 本文主要研究内容和方案18-20
• 1.3.1 研究内容18-19
• 1.3.2 研究方案19-20
• 第二章 复合式路面反射裂缝相关机理分析20-25
• 2.1 反射裂缝产生及扩展机理分析20-22
• 2.1.1 反射裂缝产生机理20-21
• 2.1.2 反射裂缝发展过程21-22
• 2.2 反射裂缝对路面的危害22
• 2.3 加筋作用机理分析22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 AC+PCC复合式路面结构三维有限元分析模型建立25-35
• 3.1 有限元法介绍25
• 3.2 材料的三种强度准则25-27
• 3.2.1 最大拉应力准测26
• 3.2.2 最大剪应力准则26
• 3.2.3 形状变化应变能屈服准则26-27
• 3.3 三维有限元模型建立27-31
• 3.3.1 边界假定27-28
• 3.3.2 主要力学分析指标28
• 3.3.3 荷载模型28-29
• 3.3.4 单元类型29-30
• 3.3.5 网格划分30-31
• 3.4 路面结构层计算参数确定31-32
• 3.5 最不利荷位确定32-33
• 3.5.1 荷载作用位置选取32-33
• 3.5.2 不同荷位力学响应分析33
• 3.6 本章小结33-35
• 第四章 设有强加筋防裂夹层的复合式路面结构荷载应力分析35-50
• 4.1 钢丝网位置对沥青面层荷载应力分析35-37
• 4.2 基层模量变化对沥青面层荷载应力的影响37-40
• 4.3 土基模量变化对沥青面层荷载应力的影响40-43
• 4.4 荷载变化对沥青面层荷载应力的影响43-48
• 4.5 本章小结48-50
• 第五章 设有强加筋防裂夹层的复合式路面结构温度应力分析50-61
• 5.1 路面温度场理论50-53
• 5.1.1 热传导的三种方式50-51
• 5.1.2 温度场边界条件51-53
• 5.2 分析计算模型与材料参数53-56
• 5.2.1 计算模型与参数53
• 5.2.2 边界假定53-54
• 5.2.3 路面结构温度场54-56
• 5.3 设有强加筋防裂夹层的复合式路面结构温度应力分析56-60
• 5.3.1 负温度梯度下沥青面层温度应力分析56-58
• 5.3.2 正温度梯度下沥青面层温度应力分析58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 不同加筋材料防裂效果对比分析61-67
• 6.1 路面结构计算参数选取61-62
• 6.2 不同筋材加筋效果比较62-65
• 6.2.1 AC层层底最大拉应力62-63
• 6.2.2 AC层层底最大剪应力63-64
• 6.2.3 PCC板板顶最大弯沉差64-65
• 6.3 小结65-67
• 第七章 结论与展望67-70
• 7.1 结论67-68
• 7.2 展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间取得的研究成果75

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本文编号：366527