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原文传递基于动态模量分析沥青路面Top-Down裂缝

论文题名：	基于动态模量分析沥青路面Top-Down裂缝
关键词：	Top-Down裂缝;动态模量;模量梯度;老化沥青混合料;断裂能
摘要：	沥青路面在实际使用过程中不仅受到垂直方向的冲击，还会受到水平方向的推移。同时沥青混合料力学性质的变化也会影响路面结构的应力分布，从而影响到裂缝的发展，因此，在分析路面结构时引入动态弹性层状理论显得格外重要。但是，由于动态弹性层状理论非常复杂，在实际中无法得到整体应用。动态模量是动态弹性层状理论中最重要的参数，它能可靠的描述沥青混合料的力学特性和抵抗荷载的能力，更能描述沥青路面的实际工作状态。因此研究基于动态模量的沥青路面Top-Down裂缝的扩展规律具有重要的意义。　　本文主要研究内容及成果如下: 　　1、本文采用Superpave设计方法对Sup-16三种不同级配（粗级配、中等级配和细级配）沥青混合料进行试拌与试验分析，最终选择中等级配作为本文的设计级配。通过初步设定五组不同沥青含量进行试拌并测试沥青混合料空隙率，得到空隙率与沥青含量关系，最终找到本文需要的空隙率（4％以及6％）所对应的沥青含量分别为4.52％和4.12％。　　2、参考美国公路发展战略研究计划(SHRP)中的短期老化以及长期老化的基础上制定了五组老化方案，对松散沥青混合料进行不同程度的模拟老化试验。采用旋转压实仪(SGC)进行两种空隙率(4％、6％)试件的成型，并基于SPT对试件进行了不同温度状态和不同加载频率条件下沥青混合料的动态模量试验。依据时间-温度置换原理Sigmodial函数拟合的方法，建立了不同老化时间以及不同空隙率的沥青混合料动态模量主曲线。　　3、依据材料力学刚度中心、应力、应变和模量间的相互关系，对处于受压状态下的沥青混合料试件进行力学分析，计算推导出试件顶面、底面和几何中心断面的动态模量表达式。以重庆长寿至梁平高速公路沥青路面为例，对长方体沥青混合料试件施加竖向的线性荷载，测得试件在不同温度状态（10℃、20℃及30℃）下试件每一面的应变值与施加的荷载值，最后利用推导公式求得其动态模量梯度曲线。　　4、采用半圆弯曲试验(SCB)对预加裂缝的沥青混合料进行试验，测得裂缝尖端的挠度与荷载。通过采集的数据描绘出力-挠度曲线，计算沥青混合料在不同温度（10℃、20℃及30℃）下的断裂能。　　5、本文建立了含有Top-Down裂缝的路面结构有限元模型，在模型中将动态模量作为沥青混合料的力学参数，通过计算裂缝尖端应力强度因子K和J积分对裂缝进行荷载作用下的力学响应分析研究。　　最后得到的主要结论包括: 　　1、通过动态模量试验结果表明:模拟老化时间越长，沥青混合料动态模量越大;老化时间的长短对动态模量移位因子的影响并不大;当温度升高时，沥青混合料动态模量降低，移位因子也会减小;加载频率越大，沥青混合料动态模量越大;温度对沥青混合料动态模量值的影响大于老化时间的影响。　　2、验证了能够利用推导公式计算得到沥青混合料的动态模量梯度曲线，并且能够采用直接压缩试验得到沥青混合料的动态模量梯度曲线。并通过试验计算结果表明:沥青混合料顶面层态动态模量值最大，底面层最小，且沥青混合料动态模量随其深度的增加而降低。　　3、沥青混合料的断裂能随空隙率的增加而降低;沥青老化对沥青混合料的抗裂性能有显著的影响。　　4、剪切型裂缝应力强度因子对Top-Down裂缝扩展起到主要作用;Top-Down裂缝的裂缝尖端处的应力均为最大值，即裂缝展现出应力集中现象。
作者：	肖婷婷
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	凌天清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文