Cape路面抗反射裂缝性能数值分析及实验研究

摘要

Cape路面是一种新的路面结构型式，其造价低廉，施工简单，形成的路面美观密实，在路面修补和低等级公路应用中有广阔的发展前景。本论文依托辽宁省交通厅Cape路面研究项目，对Cape路面抗反射裂缝性能进行了研究，以便为改善道路结构性能、延长使用年限提供参考。本论文大致可分为以下三个部分：
　　 1、Cape路面的静力学特性研究。建立基于多层连续线弹性道路结构有限元模型，考察在车辆荷载的对称和非对称作用下，沥青面层顶部及底部的应力变化以及其应力强度因子变化；建立Cape路面细观数值分析模型，考察在不同沥青含量、孔隙率及级配下路面内部应力变化。结果表明，面层厚度和模量变化对Cape路面抗反射裂缝影响显著，采用较低沥青含量及半开级配的沥青碎石均有利于防反射裂缝。
　　 2、Cape路面的动力学特性研究。建立含基层裂缝的有限元模型，对动荷载作用下裂缝尖端的应力强度因子进行分析，分别得出在道路阻尼比和车辆荷载周期变化对应力强度因子的影响；分析了材料参数对强度因子的影响。结果表明，动荷载作用下，阻尼比增加及面层厚度和模量变化均有利于提高Cape路面的抗反射裂缝性能。
　　 3、实验部分。介绍了利用脆性涂层法观察Cape路面反射裂缝的过程。实验观察表明，大粒径的沥青碎石抗反射裂缝能力较强，有助于对数值模拟结果的深入理解。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 Cape路面简介

1.1.1 Cape路面的主要特点和工作机理

1.1.2 Cape路面的研究和应用现状

1.2 裂缝及其分类

1.2.1 裂缝的分类

1.2.2 裂缝的危害

1.3 反射裂缝的成因及研究现状

1.3.1 反射裂缝的产生机理

1.3.2 影响反射裂缝的因素

1.3.3 反射裂缝的理论研究国内外概况

1.4 本论文的研究内容

第二章 路面断裂分析理论及动力分析理论

2.1 断裂力学基本理论

2.1.1 裂纹基本类型

2.1.2 裂缝尖端区域应力场

2.1.3 应力强度因子

2.1.4 断裂韧度和断裂准则

2.2 有限元法求解断裂力学问题概述

2.2.1 奇异等参单元

2.2.2 应力强度因子的有限元解法

2.3 沥青路面结构动力学分析理论

2.3.1 通用运动方程

2.3.2 动力学分析的基本类型

2.4 小结

第三章 Cape路面抗反射裂缝结构静力学分析

3.1 宏观体系分析

3.1.1 有限元模型

3.1.2 基本假设

3.1.3 计算荷载

3.1.4 结构材料参数

3.1.5 网格划分

3.1.6 荷载应力分析

3.1.7 材料对裂缝尖端和面层应力的影响

3.2 细观数值模拟

3.2.1 计算模型

3.2.2 网格划分

3.2.3 材料参数的确定

3.2.4计算结果

3.3 小结

第四章 Cape路面结构动力学特性分析

4.1 动荷载作用状况

4.2 有限元模型

4.3 动荷载作用下应力强度因子的有限元解法

4.4 数值计算结果及分析

4.4.1 阻尼变化对应力强度因子的影响

4.4.2 荷载周期变化对应力强度因子的影响

4.4.3 路面结构参数变化对应力强度因子的影响

4.5 小结

第五章 Cape路面反射裂缝试验研究

5.1 脆性涂层法基本原理

5.2 试验概况

5.3 试验结果分析

5.4 小结

第六章 总结及展望

6.1 本文主要结论

6.2 建议

致谢

参考文献