沥青加铺旧水泥混凝土路面层间力学特性研究

摘要

随着我国城镇化建设的推进，城镇道路的快速建设，水泥混凝土路面建设持续发展。水泥混凝土路面的快速发展，推动了经济与社会的发展，但早期修建的水泥混凝土路面已经达到或即将达到设计使用寿命，达到了路面大中修年限，出现了不同程度的结构性破坏和功能性缺陷。目前，沥青加铺旧水泥混凝土路面作为水泥混凝土路面大中修的主要方案，对其的研究主要集中在结构内部应力的影响因素及控制应力的方法上。由于旧水泥路面面层存在裂缝以及其它层间力学特性的影响因素较多，研究分析各个影响因素对路面结构层之间应力特性的影响较为复杂，没有进行详尽的研究。　　本文应用 ABAQUS有限元分析软件建立沥青加铺旧水泥混凝土路面结构的三维有限元模型，研究分析沥青加铺层厚度、加铺层模量、裂缝、超载、夹层厚度、夹层模量对沥青加铺层层底最大主应力及竖直方向上最大剪应力的影响。研究表明：在荷载作用下，增加沥青加铺层厚度能明显减小加铺层底部的最大主应力和竖直方向上的最大剪应力；增加沥青加铺层模量不能明显减小加铺层底部的最大主应力和竖直方向上的最大剪应力；沥青加铺层层底的最大主应力和层底竖直方向上的最大剪应力随着荷载的增加呈直线增加趋势；裂缝对沥青面层底部的最大主应力影响较小（1％～2%左右），而对层底竖直方向上的最大剪应力影响较大；增加夹层厚度不能明显减小沥青加铺层层底的最大主应力，而且增大了沥青加铺层层底竖直方向上的最大剪应力；沥青加铺层层底的最大主应力随着夹层弹性模量的增加呈增大趋势，而沥青加铺层层底竖直方向上的最大剪应力随夹层弹性模量的增加呈减小趋势。另外，通过室内缩尺试验，验证软件模拟结果的可用性，而且发现裂缝、偏载、超载都明显的增大沥青加铺旧水泥路面沥青加铺层层底应力，使路面结构加速破坏，加铺油毡夹层能有效减缓其破坏。　　本文还对沥青加铺旧水泥混凝土路面结构进行了温度场模拟，通过对不同路表温度下路面结构的温度进行分析，发现道路结构内部的温度变化受路表温度和路面结构的热传导参数、比热容和导温系数影响；在不同温度下，由于道路结构各层材料不同，使其在各层接触面处产生较大的温度应力，尤其新加铺的沥青面层与旧水泥面层之间产生较大的温度应力；随着路表温度的增加，新加铺的沥青面层与旧水泥路面接触面处的温度应力呈逐渐增大趋势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

2 沥青加铺旧水泥混凝土路面层间力学基本特性分析

2.1 ABAQUS有限元计算程序简介

2.2 计算模型和参数

2.3沥青加铺层厚度对层间应力的影响

2.4沥青加铺层模量对层间应力的影响

2.5 裂缝对层间应力的影响

2.6 本章小结

3 层间力学性能的影响因素分析

3.1 超载对沥青加铺层底应力的影响

3.2 夹层厚度对沥青加铺层底应力的影响

3.3 夹层弹性模量对沥青加铺层底应力的影响

3.4 本章小结

4 沥青加铺旧水泥路面层间力学的试验研究

4.1 试验结构类型

4.2 试验主要设备

4.3 试验准备

4.4 试验装置

4.5 加载方式

4.6 应变片的粘贴位置

4.7 试验数据整理及结果分析

4.8 本章小结

5 沥青加铺旧水泥混凝土路面层间温度场分析

5.1 层间温度场的计算理论与方法

5.2 层间温度场的有限元数值模拟

5.3 温度场层间应力模拟分析

5.4 本章小结

6 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录