本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用數(shù)學(xué)力學(xué)方法研究瀝青路面結(jié)構(gòu)特性

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【摘要】： 本文應(yīng)用數(shù)學(xué)力學(xué)方法，分析了瀝青路面結(jié)構(gòu)在三種狀態(tài)下的性能，即常溫下的一般受力狀態(tài)、高溫下的粘彈性能和低溫下的抗開(kāi)裂性能。 對(duì)于常溫狀態(tài)下的瀝青路面結(jié)構(gòu)，利用彈性層狀體系理論，分析了層狀路基合成模量的計(jì)算方法，得到了雙層彈性層狀彈性體系當(dāng)量模量諾模圖，并分析了當(dāng)量模量的影響參數(shù)。對(duì)柔性承載板、剛性承載板作用下的當(dāng)量模量，以及規(guī)范上的當(dāng)量模量計(jì)算公式進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三種情況的差異較大，特別是規(guī)范上的計(jì)算公式甚至有得到負(fù)值模量的情況，嚴(yán)重與實(shí)際不符。 分析了長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)的概念和含義，以及設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理選取。對(duì)兩種長(zhǎng)壽命路面的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了參數(shù)分析，得到了設(shè)計(jì)指標(biāo)最為敏感的影響參數(shù)，為陜蒙路提出了試驗(yàn)路方案和推薦型式。提出了路面結(jié)構(gòu)和造價(jià)的優(yōu)化規(guī)劃方法，對(duì)規(guī)定參數(shù)范圍和設(shè)計(jì)指標(biāo)的一個(gè)例子進(jìn)行了優(yōu)選，根據(jù)各結(jié)構(gòu)層的造價(jià)函數(shù)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)為造價(jià)的規(guī)劃進(jìn)行了計(jì)算。 根據(jù)對(duì)應(yīng)原理，求解了粘彈性半空間體，對(duì)其表面位移進(jìn)行了參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)不可回復(fù)粘性系數(shù)最為敏感，而對(duì)可回復(fù)彈性和粘性系數(shù)最不敏感。通過(guò)拉普拉斯逆變換的數(shù)值法，求解了粘彈性雙層體系，總結(jié)了利用對(duì)應(yīng)原理和拉普拉斯逆變換數(shù)值方法求解多層體系的一般方法。以三層體系的瀝青路面為例，為瀝青面層提出了三種不同的非線性粘彈性模型，以考慮瀝青面層隨著荷載次數(shù)增加的固結(jié)效應(yīng)。提出了車(chē)轍的計(jì)算方法，計(jì)算了車(chē)轍與荷載作用次數(shù)的關(guān)系，分析了車(chē)轍的各種影響因素。 對(duì)于路面材料的抗開(kāi)裂性能，分析比較了各種評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法，著重對(duì)SCB試件進(jìn)行了分析，利用有限元方法計(jì)算SCB試件裂尖附近的應(yīng)力和位移分布，根據(jù)斷裂力學(xué)理論求得了不同裂縫長(zhǎng)度時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，擬合了計(jì)算公式，，討論了其影響因素。對(duì)路面結(jié)構(gòu)的芯樣和試驗(yàn)室的兩種試件進(jìn)行了SCB試驗(yàn)，得到了它們0℃和-20℃下的斷裂韌度。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)的反射裂縫和自上而下裂縫，建立了有限元分析模型，分析計(jì)算了它們?cè)?℃、20℃下Ⅰ型、Ⅱ型開(kāi)裂的應(yīng)力強(qiáng)度因子，擬合了計(jì)算公式，對(duì)四種面層厚度不同的情況進(jìn)行了對(duì)比，分析了不同面層模量對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。利用描述裂縫擴(kuò)展速率的Paris公式分析了Ⅰ型開(kāi)裂裂縫的壽命，得到了裂縫長(zhǎng)度與荷載作用次數(shù)的關(guān)系曲線，對(duì)不同面層厚度、不同裂縫類(lèi)型的壽命進(jìn)行了比較。
【關(guān)鍵詞】：瀝青路面 力學(xué)分析 線性規(guī)劃 當(dāng)量模量 粘彈性 車(chē)轍 SCB試驗(yàn) 應(yīng)力強(qiáng)度因子 反射裂縫 自上而下裂縫 路面壽命
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：U416.217
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 問(wèn)題的提出及研究的意義14-15
• 1.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)理論的研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 層狀彈性體系理論15-16
• 1.2.2 路面結(jié)構(gòu)的粘彈性分析16-20
• 1.2.3 路面結(jié)構(gòu)分析中的斷裂力學(xué)應(yīng)用20-24
• 1.3 本論文的主要工作24-26
• 第二章 路面結(jié)構(gòu)力學(xué)數(shù)值計(jì)算中的方法準(zhǔn)備26-34
• 2.1 含貝塞爾函數(shù)無(wú)窮積分的數(shù)值方法26-28
• 2.1.1 有精確解的無(wú)窮積分及其數(shù)值解法26-27
• 2.1.2 無(wú)精確解的無(wú)窮積分27-28
• 2.2 拉普拉斯逆變換的數(shù)值方法28-34
• 2.2.1 拉氏逆變換數(shù)值方法綜述與比較28-31
• 2.2.2 F.Durbin方法及在本文中應(yīng)用31-34
• 第三章 瀝青路面結(jié)構(gòu)的一般性分析34-62
• 3.1 長(zhǎng)壽命路面的一般結(jié)構(gòu)34-35
• 3.2 路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)35-36
• 3.3 路面結(jié)構(gòu)層的參數(shù)分析36-45
• 3.3.1 半剛性基層路面結(jié)構(gòu)層的參數(shù)分析36-41
• 3.3.2 柔性基層路面結(jié)構(gòu)層的參數(shù)分析41-45
• 3.4 最優(yōu)結(jié)構(gòu)的線性規(guī)劃選擇45-50
• 3.4.1 路面結(jié)構(gòu)控制指標(biāo)的優(yōu)化46-48
• 3.4.2 路面結(jié)構(gòu)造價(jià)的優(yōu)化48-50
• 3.5 參數(shù)分析50-57
• 3.5.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的參數(shù)分析50-54
• 3.5.2 造價(jià)優(yōu)化的參數(shù)分析54-56
• 3.5.3 規(guī)劃設(shè)計(jì)框圖56-57
• 3.6 推薦的結(jié)構(gòu)型式和試驗(yàn)路方案57-62
• 第四章 層狀彈性體系的當(dāng)量合成模量62-88
• 4.1 柔性承載板作用下雙層彈性體系的當(dāng)量模量62-65
• 4.1.1 彈性半空間體在柔性承載板(圓形均布荷載)作用下的位移公式62-63
• 4.1.2 雙層彈性體系在柔性承載板(圓形均布荷載)作用下的位移公式63
• 4.1.3 對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立63-64
• 4.1.4 對(duì)應(yīng)關(guān)系的諾模圖64-65
• 4.2 規(guī)范上雙層彈性體系當(dāng)量模量的算法及不足65-66
• 4.2.1 規(guī)范上雙層彈性體系當(dāng)量模量的算法65-66
• 4.2.2 當(dāng)量模量算法的對(duì)比66
• 4.3 剛性承載板作用下雙層彈性體系的當(dāng)量模量66-79
• 4.3.1 力學(xué)模型和分析思路67
• 4.3.2 方程的建立67-70
• 4.3.3 算例和方法的驗(yàn)證70-71
• 4.3.4 諾模圖的繪制71
• 4.3.5 當(dāng)量模量影響因素分析71-75
• 4.3.6 雙層彈性體系當(dāng)量模量的擬合75-78
• 4.3.7 小結(jié)78-79
• 4.4 剛性承載板作用下三層彈性體系的當(dāng)量模量79-83
• 4.4.1 力學(xué)模型和分析思路79
• 4.4.2 方程的建立79-81
• 4.4.3 算例和方法的驗(yàn)證81-82
• 4.4.4 三層彈性體系當(dāng)量模量的擬合82-83
• 4.5 三層彈性體系合成模量?jī)煞N計(jì)算方法的對(duì)比83-85
• 4.6 陜蒙高速榆林段路基模量檢測(cè)85-87
• 4.6.1 試驗(yàn)方法85
• 4.6.2 試驗(yàn)結(jié)果85-86
• 4.6.3 砂礫墊層的模量計(jì)算86-87
• 4.7 小結(jié)87-88
• 第五章 粘彈性層狀體系及其求解88-107
• 5.1 彈性-粘彈性對(duì)應(yīng)原理88-90
• 5.1.1 線性彈性和粘彈性的控制方程及邊界條件88-90
• 5.1.2 線性彈性-粘彈性對(duì)應(yīng)原理90
• 5.2 粘彈性半空間體90-101
• 5.2.1 半空間體的彈性解答91-92
• 5.2.2 半空間體的粘彈性解答92-94
• 5.2.3 參數(shù)分析94-101
• 5.2.4 小結(jié)101
• 5.3 粘彈性雙層體系101-105
• 5.3.1 彈性解答101-102
• 5.3.2 粘彈性解答102-103
• 5.3.3 數(shù)值方法參數(shù)分析103-105
• 5.3.4 小結(jié)105
• 5.4 三層粘彈性層狀體系105
• 5.5 多層粘彈性層狀體系的一般求法105-106
• 5.6 小結(jié)106-107
• 第六章 路面永久變形的預(yù)估107-124
• 6.1 前言107
• 6.2 車(chē)轍的計(jì)算方法107-108
• 6.3 瀝青混合料的粘彈性模型108-110
• 6.4 瀝青混合料粘彈性模型的參數(shù)取值110-112
• 6.4.1 Burgers模型基本參數(shù)的選取110-111
• 6.4.2 非線性系數(shù)的選取111-112
• 6.4.3 小結(jié)112
• 6.5 車(chē)轍的計(jì)算112-116
• 6.5.1 線性模型112-113
• 6.5.2 非線性模型113-116
• 6.5.3 小結(jié)116
• 6.6 永久變形的影響參數(shù)分析116-122
• 6.6.1 荷載參數(shù)116
• 6.6.2 粘彈性面層參數(shù)分析116-121
• 6.6.3 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)分析121-122
• 6.6.4 小結(jié)122
• 6.7 小結(jié)122-124
• 第七章 SCB試件應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析124-139
• 7.1 瀝青混凝土低溫抗裂性能的評(píng)價(jià)124-127
• 7.1.1 直接拉伸試驗(yàn)124-125
• 7.1.2 間接拉伸試驗(yàn)125
• 7.1.3 彎曲試件125-127
• 7.1.4 半圓彎曲試驗(yàn)127
• 7.2 SCB試件應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算127-132
• 7.2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>128
• 7.2.2 SCB試件應(yīng)力強(qiáng)度因子的理論公式128-130
• 7.2.3 有限元求解及應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算130-132
• 7.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響因素132-136
• 7.3.1 荷載大小的影響分析133-134
• 7.3.2 加載寬度的影響分析134-135
• 7.3.3 材料泊松比的影響分析135-136
• 7.3.4 小結(jié)136
• 7.4 不同裂縫長(zhǎng)度時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子擬合136-137
• 7.5 小結(jié)137-139
• 第八章 瀝青混凝土的SCB試驗(yàn)分析139-145
• 8.1 原材料性能139-140
• 8.1.1 瀝青139
• 8.1.2 集料139
• 8.1.3 礦粉139-140
• 8.1.4 瀝青混合料物理指標(biāo)140
• 8.2 SCB試件的制作140-142
• 8.2.1 試驗(yàn)室試件制作141-142
• 8.2.2 現(xiàn)場(chǎng)取樣試件142
• 8.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果142-143
• 8.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析143-145
• 第九章 路面裂縫的斷裂力學(xué)分析145-174
• 9.1 斷裂力學(xué)在路面結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用147-148
• 9.2 有限元模型的建立148-151
• 9.2.1 有限元程序精度的驗(yàn)證148-150
• 9.2.2 有限元模型的基本型式150
• 9.2.3 有限元程序模型邊界影響分析150
• 9.2.4 小結(jié)150-151
• 9.3 路面反射裂縫結(jié)構(gòu)的分析151-158
• 9.3.1 反射裂縫的Ⅰ型開(kāi)裂151-156
• 9.3.2 反射裂縫的Ⅱ型開(kāi)裂156-157
• 9.3.3 小結(jié)157-158
• 9.4 自上而下裂縫的分析158-163
• 9.4.1 自上而下裂縫的Ⅰ型開(kāi)裂158-161
• 9.4.2 自上而下裂縫的Ⅱ型開(kāi)裂161-163
• 9.4.3 小結(jié)163
• 9.5 應(yīng)力強(qiáng)度因子的擬合163-164
• 9.6 溫度為5℃時(shí)裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算分析164-166
• 9.7 不同溫度下兩種裂縫兩種開(kāi)裂模式的比較166-168
• 9.8 裂縫的發(fā)展及路面結(jié)構(gòu)的壽命分析168-173
• 9.8.1 反射裂縫168-171
• 9.8.2 自上而下裂縫171-172
• 9.8.3 兩種裂縫的比較172
• 9.8.4 小結(jié)172-173
• 9.9 小結(jié)173-174
• 結(jié)論和展望174-178
• 主要研究成果174-176
• 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)176-177
• 進(jìn)一步要研究的問(wèn)題177-178
• 參考文獻(xiàn)178-184
• 攻博期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文184-185
• 致謝185

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 牛智華;高性能橡膠瀝青應(yīng)力吸收層應(yīng)用技術(shù)研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2011年

2 張紅;瀝青路面近荷載區(qū)Top-Down裂縫形成機(jī)理及擴(kuò)展規(guī)律分析[D];長(zhǎng)安大學(xué);2011年

3 蘇金巧;模擬路面的層狀結(jié)構(gòu)物層底拉應(yīng)變變化規(guī)律研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2011年

4 陳東鵬;不同瀝青路面結(jié)構(gòu)組合層間工作狀態(tài)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2010年

5 徐東;基于ALF加速加載試驗(yàn)的瀝青路面車(chē)轍有限元模擬[D];長(zhǎng)安大學(xué);2010年

本文編號(hào)：877093