高等级RCC+AC复合式路面的尺寸效应有限元分析

摘要

随着国民经济的持续快速发展及科学技术的进步，在道路工程中RCC+AC复合式路面结构将会得到越来越广泛的应用。但目前为止，该类复合式路面结构的设计理论尚不成熟，作者在文中首先阐述了国内外相关学者在这一领域的研究现状，分析了存在的问题和不足，然后对复合路面结构计算理论进行了较为详细的论述，从而确定了进行数值模拟的力学指标，最终本文利用ANSYS11.0有限元程序，建立合理的结构模型，通过改变影响路面结构力学特性的因素研究了路面结构内部应力、位移的变化规律。
　　 ANSYS有限元仿真分析结果显示：荷载位置的改变、各结构层长、宽及厚度的变化都会影响路面结构内部的应力分布与位移，且影响程度各不相同，结构层的尺寸增加会使路面的最大位移以及最大压应力和剪应力减小，且仿真分析结果表明：混凝土层厚度的变化对路面的最大位移和最大压应力和剪应力的影响最大。既定荷载作用下应力和位移的变化规律在一定程度上昭显了不同路面结构性能的差异，通过分析其作用机理与现实意义，作者针对RCC+AC复合路面结构的设计提出了一些自己的见解，如：路面结构存在特定的临界荷位、各结构层尺寸的下限以及受荷过程中易在RCC切缝处产生应力集中现象，结构设计应加强对切缝构造的处理；AC层在路面使用过程中主要还是辅助性作用，对承受荷载来说居于次要地位；RCC层是路面结构的主要承重层，对路面结构受荷起主要作用，设计时应予以足够的重视；超载对路面结构的破坏程度要远大于额定荷载对路面结构的破坏程度，因此在进行重载路面设计时，有必要考虑车辆的超载因素。最后本文通过AI法对路面的结构尺寸进行了分析，得出了它们下限的大致范围。
　　 受多种因素的制约，如计算手段、数据采集及笔者自身知识水平等的限制，本文只在静载条件下对RCC+AC复合式路面结构进行了数值分析，并没有考虑温度对沥青层的应力和应变影响以及沥青层面的粘-弹-塑性影响，所以笔者对进一步进行该课题的研究提出了一些建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1课题的提出与意义

1.2国内外研究综述

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3存在的问题及不足

1.3本文主要研究内容、研究方法和研究的技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法

1.3.3技术路线

第二章复合路面结构分析基本理论

2.1弹性理论空间问题的基本方程

2.1.1应变位移关系

2.1.2应力应变关系

2.1.3平衡微分方程

2.1.4边界条件

2.2弹性层状体系的基本理论

2.2.1弹性层状体系的基本假设

2.2.2弹性层状体系的基本方程

2.2.3问题的解答

2.3路面结构分析的有限元法

2.3.1有限元基本理论

2.3.2有限元法分析基本步骤

2.4路面结构计算中的分析指标

2.4.1碾压混凝路面破坏类型和极限标准

2.4.2本文采用的分析指标

第三章基于ANSYS的RCC+AC复合路面结构的有限元分析

3.1 ANSYS软件简介

3.2 ANSYS计算程序在道路工程中的应用

3.2.1定义单元类型

3.3路面结构研究

3.3.1结构层厚度

3.3.2路面结构层材料主要计算参数的确定

3.4荷载作用方式及其大小的确定

3.4.1竖向荷载的确定

3.4.2临界荷位

3.5 ANSYS有限元模型及分析方法

3.5.1力学模型

3.5.2分析方法

第四章ANSYS数值计算结果及分析

4.1确定结构分析的临界荷位

4.1.1十二个具有代表性部位的荷载位置

4.1.2荷载位置对路面沥青层最大竖向位移的影响

4.1.3荷载位置对路面混凝土层的最大压应力的影响

4.1.4荷载位置对路面混凝土层的最大剪应力影响

4.2路面各结构层的尺寸效应影响分析

4.2.1混凝土层和沥青层长边的影响分析

4.2.2混凝土层和沥青层短边的影响分析

4.2.3混凝土层厚度的影响分析

4.2.4沥青层厚度的影响分析

4.3路面的临界尺寸

第五章主要结论与进一步研究的建议

5.1主要结论

5.2进一步研究的建议

参考文献

致谢

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