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高海拔地区温度—动载作用下沥青路面开裂及防治研究
| 论文题名： | 高海拔地区温度—动载作用下沥青路面开裂及防治研究 |
| 关键词： | 高海拔地区;沥青路面;温度-动载作用;裂缝扩展 |
| 摘要： | 高海拔地区典型的气候条件是气温低、太阳辐射强、昼夜温差大。常年的低温条件和较大的昼夜温差使得高海拔地区的沥青路面持续受到较大的温度应力，产生大量的路表温缩裂缝。车辆荷载的作用会使得裂缝进一步扩展，进而引发其他严重病害，严重影响沥青路面的通行功能和使用寿命。因此，对高海拔地区沥青路面温度-车辆荷载综合作用下的开裂分析和进行防治的研究具有重要意义。 对沥青路面开裂的研究主要是通过层间拉应力和剪应力来判断裂缝的扩展状况，但这无法解释裂缝尖端处的应力集中现象，且和实际情况有较大差距；同时施加在路面内上的荷载多考虑静载，和实际车辆行驶产生的移动荷载亦不相符；另外研究温度应力与荷载综合作用时很少考虑沥青性能随温度变化的性状。 针对以上研究问题，本论文根据在海拔5231m的青藏公路K3357处实测的气象和路面不同深度温度数据作为依据建立沥青路面温度场和温度应力场；依据断裂力学理论引入了应力强度因子进一步分析温度—动载综合作用下裂缝的扩展形式；通过调整沥青材料模量、荷载大小及移动速度来研究各因素对于开裂的影响，并结合现有道路养护班组养护工作的不足提出高海拔地区沥青路面裂缝的防治措施。主要内容如下： （1）研究实测的路表下不同深度的温度分布规律，分析气象站获取的气象参数与路面温度之间的相关性和滞后性。研究表明：不同深度的温度在一天内变化的趋势相近，但表面层波动幅度大而基层温度比较稳定；气温、太阳辐射、风速对温度场的影响都具有一定的滞后性，且滞后时长随深度增加而增加；温度场与气温及太阳辐射强相关，与风速中度相关。 （2）根据收集的气象参数，使用ABAQUS建立温度场模型并将计算结果与实测结果进行对比，建立温度应力场模型研究不同气温条件下的温度应力状况。研究表明：热流方向、温度与实测数据一致，由于初始温度场设置与实际各层温度不同导致温度场前期的差异性；低温天气的温度应力场远高于高温天气。 （3）建立带路表横向裂缝的三维模型，讨论温度—动载综合作用下对开裂形式的影响，并通过调整参数观察Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子的变化。研究表明：移动荷载在靠近—压上—远离裂缝过程中应力先增大再减小，温度应力对其影响较大。Ⅲ型开裂很难发生，裂缝主要是以Ⅰ、Ⅱ型开裂为主，Ⅱ型开裂占主导地位。沥青材料性能受温度影响，在低温条件下更容易开裂。适当地减小上面层的模量、增加下面层的模量，加快车速和减小载重都有助于减缓沥青路面的开裂。道路养护班组需要在冬季低温条件下及时地进行道路养护，尽早修补裂缝。 |
| 作者： | 魏新晨 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 田荣燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西藏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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