半剛性基層瀝青路面因其強度高、穩(wěn)定性好、抗沖刷能力強及工程造價低等優(yōu)點,近幾十年來一直被廣泛地應(yīng)用于我國高等級公路中,其主要病害類型為橫向開裂。目前國內(nèi)外對瀝青路面橫向開裂的預(yù)測模型多為基于實際裂縫調(diào)查數(shù)據(jù)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?無法解釋橫向裂縫的產(chǎn)生及擴展機理。本文將在實測的路面材料參數(shù)及現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上,利用有限元方法對不同類型的橫向開裂進(jìn)行研究。首先,推導(dǎo)了基于連續(xù)彈性約束下的半剛性基層干縮應(yīng)力計算公式,結(jié)合實測參數(shù)分析了半剛性基層的干縮開裂過程;利用ABAQUS有限元軟件對均勻溫度場和指數(shù)溫度場下的基層收縮應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值計算,分析了兩種溫縮模式下收縮應(yīng)力的分布規(guī)律異同,并對基層溫縮應(yīng)力進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析;提出了基層綜合收縮應(yīng)力的計算方法,基于實測的收縮參數(shù)計算并比較了不同水泥穩(wěn)定碎石基層的開裂間距。接著,通過搜集吉林省的氣象資料,查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲取路面材料的熱物理參數(shù),利用ABAQUS軟件求解了瀝青路面的溫度場,分析了路面結(jié)構(gòu)溫度場隨深度、時間的變化規(guī)律。然后,基于實測及文獻(xiàn)獲取的瀝青混合料粘彈性參數(shù),分析了非周期性降溫作用下溫度及結(jié)構(gòu)參數(shù)瀝青面層溫縮應(yīng)力的影響,利用正交分析法得出了基于面層溫度應(yīng)力最小的瀝青路面推薦結(jié)構(gòu)組合;選取以耗散能為控制變量的疲勞方程,基于Miner準(zhǔn)則推導(dǎo)了周期性變溫下的瀝青路面溫度疲勞損傷模型;應(yīng)用ABAQUS軟件分析了路面結(jié)構(gòu)在周期性溫度場下的溫度應(yīng)力及其變化規(guī)律,得出了路表溫度疲勞損傷隨時間的發(fā)展規(guī)律。最后,通過建立帶裂縫的路面結(jié)構(gòu)有限元模型,對周期性變溫作用下的裂尖應(yīng)力強度因子進(jìn)行計算,利用Paris公式對溫度疲勞壽命進(jìn)行預(yù)估,并分析基層和面層結(jié)構(gòu)參數(shù)對裂縫擴展的影響。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U416.217
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

最后通過室內(nèi)試驗獲取基層材料收縮參數(shù)，計算不同類型半剛性基層的收縮開裂間距。2.1 半剛性基層干縮開裂分析2.1.1 半剛性基層干縮應(yīng)力理論分析半剛性基層材料早期的水化作用和水分揮發(fā)作用會使混合料內(nèi)部的水分逐漸減少，宏觀上的表現(xiàn)就是半剛性基層的干縮。在這個過程中基層本身的干縮系數(shù)、基層材料的抗拉強度、基層模量都是隨著基層的養(yǎng)護(hù)齡期在變化的。施為民、姜竹生[29]推導(dǎo)了半剛性基層在連續(xù)式彈性約束下的溫縮應(yīng)力，但沒有考慮溫縮時基層內(nèi)部沿厚度方向的溫度梯度，且沒有考慮基層在養(yǎng)生期中的模量及強度的變化。半剛性基層的失水過程一般需要經(jīng)歷一定的時間，干縮應(yīng)變的產(chǎn)生和積累是需要一定過程的，本文中不考慮濕度梯度的影響，認(rèn)為基層沿厚度方向截面的干縮應(yīng)變是一致的，本文將采用文獻(xiàn)[29]中的方法對半剛性基層的干縮應(yīng)力進(jìn)行推導(dǎo)，再根據(jù)室內(nèi)試驗實測的半剛性基層養(yǎng)生期內(nèi)的干縮應(yīng)變、模量及劈裂強度值，分析半剛性基層的干縮開裂過程。

圖 2-4 由溫度梯度產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力力學(xué)方法推導(dǎo)收縮應(yīng)力時，無法考慮溫度梯AQUS 有限元軟件來對半剛性基層的溫縮應(yīng)溫縮對應(yīng)的溫度場模式與有限元建模知，半剛性基層的干縮是一個水分緩慢散失變形是均勻的，故考慮在 ABAQUS 中采用均差導(dǎo)致基層溫度在沿厚度范圍內(nèi)呈不均勻變變化幅值隨深度逐漸減小，本文采用吳贛昌度場模型來模擬半剛性基層的溫縮現(xiàn)象，指所示。( )( )( )123123, 0,,b yb y hb y h gPe y h y P e h y h gP e h g y ≤ < ≤ < + + ≤ < ∞ ，其中2 3 =P PP =

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本文編號：2814808