原文传递
道路结构与材料抗反射能力数值模拟分析
| 论文题名： | 道路结构与材料抗反射能力数值模拟分析 |
| 关键词： | 道路结构;半刚性基层材料;反射裂缝;数值模拟 |
| 摘要： | 反射裂缝是一种道路结构中常见的病害问题，其主要发生于道路的基层，并在道路结构的基层、垫层和面层中发生扩展，最终在道路结构中产生贯通裂缝进而导致破坏。其产生的主要原因是道路基层与面层的材料强度及结构设置的不合理，在极端的温度和荷载条件下，反射裂缝在道路中出现的概率会大大增加，大大的降低了行车的舒适度，且严重情况下会威胁道路行车安全。为了彻底解决这种问题，必须对反射裂缝的产生与扩展机理进行剖析，且在此基础上进行道路材料与结构的抗反射能力研究。 进行了大量有关半刚性基层道路反射裂缝问题的前期调研、文献查阅和数据分析。基于现有的道路反射裂缝产生机理进行深层次的理论分析，认为反射裂缝产生的主要原因在于具有水硬性的半刚性基层材料在温度和水的作用下发生收缩开裂。而反射裂缝的扩展按照成因主要分为温度裂缝和荷载裂缝，其中荷载反射裂缝扩展主要与Ⅰ型和Ⅱ型开裂模式中产生的弯拉作用及剪切作用相关，而温度反射裂缝则仅与Ⅰ型开裂模式中产生的弯拉作用相关。 在清晰的反射裂缝理论分析的基础上，通过数值模拟方法进行道路工程典型材料抗反射能力技术分析和道路工程典型结构抗反射能力技术分析。建立了六种典型道路面层材料和四种典型道路基层材料的有限元细观模型，通过在试件跨中加载的方法研究有裂缝和无裂缝情况下这些材料的位移与力学响应，判断最适合作为抗反射裂缝结构的材料。结果表明，不论是在道路面层还是基层，当裂缝产生后，材料内部的应力-应变场会发生明显的变化，最大的内力与位移集中出现在裂缝尖端部位，在面层材料中，材料的抗反射能力随着粗集料比例的上升而增强，其中SMA类材料的抗反射能力强于AC类材料；而在基层材料中，碎石类材料的抗反射能力远强于稳定土类材料，主要是因为碎石类材料更高的模量可以对裂缝的应力应变起到耗散作用。 基于现有的道路设计规范进行典型道路结构方案选取，通过扩展有限元方法（XFEM）建立了五种典型道路结构的有限元模型，通过在道路结构基层底部设置条型裂缝的形式模拟基层开裂的情况，对各种道路结构的抗反射能力进行分析。结果表明，在基层出现裂缝后，面层层底拉应变会明显增大，且在裂缝尖端出现应力集中现象，加速了裂缝的扩展，并导致道路结构性能的下降；Ⅳ型和Ⅴ型路面结构的抗反射能力明显强于Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型路面结构，为抗反射裂缝路面结构的设计提供指导。 |
| 作者： | 田博文 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 郑传峰;邢真真 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
