路面结构裂缝问题的理论分析与应用研究

摘要

该文基于断裂力学基本原理，采用奇异等参有限元方法对路面结构中裂缝扩展问题进行了较为系统的研究，主要完成了以下几个方面的工作.1、对断裂力学的基本原理及其数值计算方法进行了较为详细的讨论，包括裂纹尖端应力奇异性、断裂准则以及裂纹疲劳扩展理论等.2、应力强度因子是描述裂纹尖端附近应力场强弱程度的参量，裂纹是否会发生失稳扩展取决于应力强度因子的大小，计算应力强度因子是断裂力学的重要研究内容.该文在裂纹尖端区域采用奇异单元方法进行处理，充分反映裂纹尖端的应力奇异性.在此基础上，给出了由裂纹尖端附近的位移推求裂尖应力强度因子的计算公式.3、采用奇异等参有限元方法，分别对多层无裂缝体、多层单裂缝体以及多层双裂缝体进行了分析，并编制了相应的计算程序.经考核验证，其计算精度较高，数值结果较好，可用于路面裂缝扩展分析、罩面设计等方面.同时，文中给出了相应的程序算例.4、利用该文开发的有限元程序，计算了各种典型问题的路面响应，并对数值结果进行了理论分析，确定了其相关因素的影响.具体结果如下.根据道路工程中车辆荷载作用情况，该文考虑两种最不利荷载作用位置，即相对于裂缝位置的对称加载和非对称加载.在实际工程中，由于作用于路面的荷载为移动荷载，对于路面上的一点都将会经历以上两种加载过程，我们可以通过分析以上两种最不利情况来探讨裂缝的扩展机理.在计算过程中，该文对两种加载形式进行了简化处理，使计算效率得到了提高.5、在总结国内外最新研究成果的基础上，提出了防治基层裂缝扩展的工程措施，分析了它们的防治反射裂缝机理，为工程实际应用提供了参考.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究概况

1.3本文的主要工作

第二章断裂力学的基本理论

2.1裂纹基本类型

2.2裂纹尖端的应力场和位移场

2.3应力强度因子和断裂准则

2.4裂纹疲劳扩展理论

第三章含裂缝路面结构等参有限元分析

3.1路面结构分析模型

3.2平面等参有限元分析

3.3有限元分析过程中的简化处理

3.4裂缝尖端应力强度因子计算

第四章程序校核及说明

4.1多层无裂缝体有限元程序

4.2多层单裂缝体有限元程序

4.3多层双裂缝体有限元程序

4.4程序示例

第五章路面裂缝扩展分析及防治措施

5.1路面各层模量及厚度影响分析

5.2均匀与非均匀荷载分析

5.3双裂缝分析

5.4路面反射裂缝的防治措施

第六章结论与展望

参考文献

致谢