水泥混凝土路面加铺层反射裂缝演化规律及机理研究
本文关键词：水泥混凝土路面加铺层反射裂缝演化规律及机理研究
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【摘要】：在水泥混凝土路面上加铺沥青层是常见的道路翻修改建措施,由于原路面本身存在着裂缝,特别是结构接缝,加铺层常会随着温度和荷载的作用而产生反射裂缝。反射裂缝作为加铺层的主要病害,会严重影响道路行车的舒适性与安全性,因此,深入了解加铺层反射裂缝的演化规律及扩展机理是非常有必要的。本文在已有研究成果的基础上,利用理论分析及室内试验方法,研究沥青混合料抗反射裂缝的能力,对加铺层反射裂缝的产生机理和演化规律进行系统的分析,在文中主要开展了以下方面的工作:1、根据国内外关于反射裂缝的研究现状,了解能够诱发反射裂缝产生的影响因素、反射裂缝发生及其发展的特点、现有的研究状态及存在的尚不明确的问题;2、根据断裂力学理论基础、有限元方法对加铺层反射裂缝的成因及扩展机理进行了系统的分析;3、通过有限元分析软件Ansys建立计算模型,分析加铺层在车辆荷载和温度应力以及两者耦合作用下的应力分布规律及其变化情况;4、借鉴美国德州交通运输研究所(TTI)开发的CAM(裂缝衰减式Crack Attenuating Mixture)沥青混合料方法开展研究。根据低温弯曲试验、浸水马歇尔试验以及抗滑性试验对混合料进行路用性能检验;5、开展室内Overlay Tester试验研究,利用国内先进的UTM-100系列试验设备,对加铺层反射裂缝的发生和扩展机理进行研究。论文通过断裂力学分析、Ansys软件分析、Overlay Tester试验等方法开展相关研究工作,取得了一些有益的结论:1、分析温度应力和交通荷载单一作用与共同作用的情况,结合加铺层内应力及裂缝尖端应力强度因子的变化特点,得出非对称荷载和温度荷载对反射裂缝的影响较大;2、研究得出了加铺层厚度、加铺层模量、裂缝扩展长度、车辆轴载大小、降温幅度等在有限范围变化时对加铺层裂缝处应力强度因子的影响程度,加铺层厚度既会影响温度型反射裂缝,又会影响剪切型反射裂缝;3、试验得出沥青混合料的抗裂性能与温度及裂缝宽度之间的关系,在一定温度范围内,温度越低,抗裂性越差,反之则越好;在一定裂缝宽度范围内,宽度越小,抗裂性越好,反之则越差;4、试验结果分析可以得到沥青混合料拉应力的衰减特点,开裂初期(拉应力衰减33%)衰减速度较快,开裂中期(拉应力衰减53%~73%)衰减速度明显变慢,开裂后期(拉应力衰减73%~93%)衰减速度则更慢。
【关键词】：加铺层 反射裂缝 演化规律 Ansys Overlay Tester
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.216;U418.66
【目录】：
- 摘要2-4
- ABSTRACT4-8
- 第1章 绪论8-15
- 1.1 研究背景及意义8-10
- 1.2 国内外研究现状10-14
- 1.2.1 反射裂缝理论分析方法10-12
- 1.2.2 反射裂缝室内试验研究12-14
- 1.3 研究的主要内容及技术路线14-15
- 1.3.1 主要研究内容14
- 1.3.2 技术路线14-15
- 第2章 沥青加铺层反射裂缝扩展机理15-30
- 2.1 加铺层反射裂缝类型15-17
- 2.1.1 温度型反射裂缝15-16
- 2.1.2 荷载型反射裂缝16-17
- 2.2 断裂力学的基本理论17-20
- 2.2.1 裂缝的基本类型17
- 2.2.2 裂缝尖端附近的应力场和位移场17-20
- 2.3 确定应力强度因子的方法20-21
- 2.4 线弹性断裂问题的有限元方法21-29
- 2.4.1 基本理论21-25
- 2.4.2 裂缝尖端奇异单元25-29
- 2.5 本章小结29-30
- 第3章 沥青加铺层反射裂缝扩展的有限元分析30-59
- 3.1 概述30
- 3.2 有限元分析的基本原理和方法及ANSYS简介30-31
- 3.2.1 有限元分析的基本原理30
- 3.2.2 有限元分析的方法30-31
- 3.2.3 Ansys简介31
- 3.3 计算模型和算例分析31-34
- 3.3.1 计算模型的相关假设31-32
- 3.3.2 计算模型32-33
- 3.3.3 算例分析33-34
- 3.4 加铺层荷载应力分析34-47
- 3.4.1 对称荷载作用下加铺层应力分析34-41
- 3.4.2 非对称荷载作用下加铺层应力分析41-47
- 3.5 加铺层温度应力分析47-56
- 3.5.1 温度应力对路面加铺层反射裂缝的影响48-56
- 3.6 温度荷载与行车荷载耦合作用分析56-57
- 3.7 本章小结57-59
- 第4章 反射裂缝的OT试验研究59-82
- 4.1 概述59
- 4.2 试验原理简介59-61
- 4.3 试验设备简介61-63
- 4.3.1 UTM-100伺服液压多功能材料试验系统简介61-62
- 4.3.2 OT试验夹具简介62-63
- 4.4 OT试件制作63-72
- 4.4.1 原料选择63-65
- 4.4.2 CAM沥青混合料配合比设计65-69
- 4.4.3 OT试件成型69-72
- 4.5 OT试验72-81
- 4.5.1 试验参数选择72
- 4.5.2 试验步骤72-75
- 4.5.3 结果记录与分析75-81
- 4.6 本章小结81-82
- 第5章 结论与展望82-84
- 5.1 主要结论82
- 5.2 展望82-84
- 致谢84-85
- 参考文献85-88
- 附录88-89
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本文编号：821564
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