温度及静动荷载作用下沥青混凝土路面结构粘弹性分析

摘要

温度及静动荷载作用下沥青混凝土路面结构粘弹性分析摘要沥青混凝土路面因其固有的优越性而在世界各地被广泛应用。沥青混凝土材料性能比较复杂，其力学性能指标具有温度和加载时间的依赖性。对沥青路面结构力学性能研究，不论是无损还是损伤沥青路面都不是很充分。本文在国内外现有研究成果基础上，采用数值模拟分析方法对无损和含有损伤的沥青路面进行了广泛研究。 本文首先从理论研究、室内试验和数值分析三个方面对无损和含有裂缝的沥青路面结构的研究应用现状进行了回顾，并指出现有研究成果之不足，从而为本文工作的开展奠定了基础。 其次，介绍了本文研究的理论基础，包括路面材料的本构模型、动力学理论、动应力强度因子的确定等；确定了有限元计算模型和进行各自有限元计算时各层路面材料所需材料参数。 第三，采用线弹性断裂力学理论，考虑了面层和基层层间的接触状态的影响，分别分析了含表面裂缝和反射裂缝沥青路面结构的工作性状。 第四，基于粘弹性力学理论和广义Maxwell模型，分别分析了路表变温、裂缝长度等因素对含表面裂缝沥青路面和含反射裂缝沥青路面的应力强度因子分布规律。 第五，基于粘弹性力学理论和广义Maxwell模型，分析了车辆静、动荷载对沥青路面结构的作用，影响因素包括路面结构的温度、车辆行驶速度、阻尼系数等变化时的影响。 第六，基于粘弹性断裂力学理论和广义Maxwell模型，分别探讨了车辆行驶速度、路面结构温度、阻尼系数因素对含反射裂缝沥青路面结构应力强度因子分布规律的影响。 第七，基于线性Drucker-Prager理想弹塑性模型和相关联流动法则，采用平面轴对称有限单元法对层状沥青混凝土路面结构进行了数值模拟研究。根据沥青混凝土的稳定度、粘聚力和内摩擦角的经验公式，探讨了标准轴载作用下，高速公路沥青混凝土面层各层的力学参数对路表弯沉及路面各结构层塑性演变规律的影响。 第八，基于弹性动力理论，考虑沥青混凝土和路基材料的应力依赖性后，探讨了加载频率、沥青混凝土类型、阻尼比和路基土类型对沥青路面结构工作性状的影响。 本文分别考虑了变温作用和交通荷载的静动力作用，分析过程中分别考虑了沥青混凝土材料的粘弹性和应力依赖性、路基材料的应力依赖性，考虑了面层与基层层间的接触状态。本文的研究为沥青路面结构的疲劳分析提供了前期准备，对沥青路面结构力学性能分析提供了可供借鉴的参考价值和指导意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号与说明

第一章绪论

§1.1引言

§1.2裂缝对沥青路面结构影响之研究现状

§1.3沥青混凝土路面疲劳破坏研究现状

§1.4本文主要工作及创新点

第二章基本理论

§2.1沥青混凝土道路材料的本构模型

§2.2动力学基本理论

§2.3断裂力学基本理论及动应力强度因子的确定

§2.4单元库

§2.5本章小结

第三章温度及车辆荷载的确定和沥青路面结构的建立

§3.1荷载场与温度场的确定

§3.2路面结构层各层静力材料参数的确定

§3.3路面结构层各层动力材料参数的确定

§3.4无损和含有裂缝路面结构分析模型的建立

§3.5本章小结

第四章层间接触状态对应力强度因子的影响分析

§4.1层间接触状态对含表面裂缝沥青路面结构的影响分析

§4.2层间接触状态对含反射裂缝沥青路面结构的影响分析

§4.3本章小结

第五章温度场作用下沥青混凝土路面粘弹性分析

§5.1一维沥青混凝土杆低温变温温度应力分析

§5.2含表面裂缝沥青路面的粘弹性分析

§5.3含反射裂缝沥青路面的粘弹性分析

§5.4本章小结

第六章车辆静动荷载对沥青混凝土路面粘弹性分析

§6.1静载对无损沥青混凝土路面的影响分析

§6.2动载对无损沥青混凝土路面的影响分析

§6.3本章小结

第七章含裂缝沥青混凝土路面的动力粘弹性分析

§7.1计算模型

§7.2单周期荷载作用下沥青混凝土路面结构动力响应分析

§7.3本章小结

第八章沥青混凝土路面结构弹塑性分析

§8.1沥青混合料材料参数

§8.2内摩擦角对沥青路面结构影响分析

§8.3本章小结

第九章考虑材料应力依赖性的沥青混凝土路面动力分析

§9.1考虑应力依赖性的无损沥青混凝土路面动力分析

§9.2本章小结

第十章结论与建议

§10.1本文主要成果

§10.2进一步工作的设想

附录

参考文献

致谢

博士期间发表的学术论文

博士后期间发表（含录用）的学术论文

个人简历

博士后期间发表（含录用）的学术论文1：软土地基上含反射裂缝沥青路面的动力响应分析

博士后期间发表（含录用）的学术论文2：ABAQUS中部分土模型简介及其工程应用

博士后期间发表（含录用）的学术论文3：面层与基层的摩擦系数对应力强度因子影响的研究