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基于扩展有限元的抗裂纤维封层阻裂效应及材料适应性研究
| 论文题名： | 基于扩展有限元的抗裂纤维封层阻裂效应及材料适应性研究 |
| 关键词： | 沥青路面;抗裂纤维封层;阻裂效应;材料适应性;扩展有限元 |
| 摘要： | 目前，半刚性基层已成为中国高等级沥青路面结构设计中普遍采用的承重层，但半刚性基层抗变形能力较差容易出现裂缝，并最终反射到面层，造成路面的开裂。为解决沥青路面半刚性基层反射裂缝问题，国内外学者提出采用抗裂纤维封层作为半刚性基层与面层之间的应力吸收层已得到广泛应用。抗裂纤维封层具有抗裂性能好、应力吸收及扩散能力强、稳定性高、施工快捷等优点。但目前对于抗裂纤维封层的研究大多集中于工艺介绍上，其材料用量基本采用经验法进行确定，缺乏理论指导，施工随意性较大。因此，研究抗裂纤维封层的阻裂效应，寻求抗裂纤维封层设计的半经验半理论方法具有重要的理论及现实意义。 本文着眼于扩展有限元法在模拟裂缝扩展的优势，通过ABAQUS有限元软件建立典型高速公路沥青路面结构，对动荷载作用下沥青路面结构中抗裂纤维封层的阻裂效应及其影响因素进行研究，研究结果表明:半刚性基层沥青路面荷载型反射裂缝的扩展过程可依次分为四个阶段:损伤期、起裂期、稳定期及加速期;沥青路面结构的应力强度因子受抗裂纤维封层弹性模量的影响较大，当抗裂纤维封层的模量大于300MPa后，其应力强度因子随封层模量的增大迅速增长;通过最不利组合条件下抗裂纤维封层的阻裂效应分析得到抗裂封层的适用工况:轴载压力不宜大于0.8MPa、基层裂缝宽度不宜超过2mm，推荐抗裂纤维封层模量取值为200MPa～300MPa。 基于复合材料细观力学理论对抗裂纤维封层等效模量的分析方法进行探讨，应用纤维增强复合材料等效模量公式对不同纤维体积掺量下抗裂纤维封层在20℃的等效模量进行理论计算，并通过板带拉伸试验结果对计算值进行误差分析。从纤维体积掺量、温度方面分析误差产生原因，其中纤维体积掺量低于2％时，温度为主要影响因素。根据误差分析结果提出纤维体积掺量小于2％时考虑温度影响的抗裂纤维封层等效模量修正公式，由修正后公式计算得到抗裂纤维封层的弹性模量值与试验值具有较好的一致性。 总结国内外纤维碎石封层的经验设计方法，并结合理论研究提出抗裂纤维封层设计时的半经验半理论方法:首先通过扩展有限元数值模拟分析得到抗裂纤维封层的适用工况并推荐弹性模量值。然后由经验法初选抗裂纤维封层材料类型及用量，并采用等效模量公式计算抗裂纤维封层的弹性模量。最后验证模量是否处于扩展有限元数值模拟所推荐模量范围内，进行材料的比选并确定最佳配合比。 |
| 作者： | 陈思坤 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 丁静声;刘燕燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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