含反射裂缝的半刚性基层沥青路面断裂分析

摘要

半刚性基层沥青路面的反射裂缝在我国高等级公路中普遍存在且难于防治,它严重影响了道路的使用寿命和行车安全。开展沥青路面裂纹形成机理及裂纹扩展行为的研究可以更加全面地评价路面的力学行为,明确裂纹扩展时的应力状态和扩展路径,进一步理解路面损伤与早期破损的机理,并为路面工程师提供沥青路面设计与养护指导,对于促进我国公路交通基础设施的健康发展具有特别重要的意义。
　　本文对反射裂缝尖端应力场的奇异性进行了描述,建立了平面断裂问题应力强度因子的有限单元解,并证明了六结点三角形和八结点四边形两种奇异等参单元的构造方法。分析了裂纹尖端的奇异场,并讨论了复合裂纹的断裂准则的问题。
　　根据断裂力学原理,编制了二维ANSYS有限元程序,对含反射裂缝路面在交通荷载作用下的结构反应进行分析。把交通荷载分为对称荷载和偏载两种情况,计算了裂缝尖端的拉应力、剪应力以及应力强度因子,并对路面结构进行了参数分析。同时基于粘弹性动力学、断裂力学理论和有限元单元法,分析了车辆行驶速度、路面结构层的温度对单周期半波正弦荷载作用下含反射裂缝沥青路面结构的动应力强度因子分布规律的影响。结果表明,最大动应力强度因子随行驶速度的增加而减小,当行驶速度由15 m/s增加至40 m/s时,最大动应力强度因子减小了34.9％;不同温度下的最大动应力强度因子出现的时间基本相同,且最大动应力强度因子随温度的升高而减小。

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1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 沥青路面断裂分析的理论与方法

2.1 裂纹尖端奇异场

2.2 应力强度因子和断裂准则

2.3 线弹性断裂问题的有限元实现

2.4 粘弹性断裂问题的有限元实现

2.5 本章小结

3 半刚性基层沥青路面裂纹的有限元分析

3.1 Ansys断裂问题的数值方法

3.2 行车静荷载作用下裂纹的断裂分析

3.3 动荷载作用下沥青路面的粘弹性分析

3.4 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献