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沥青路面Top-down开裂机理及影响因素试验与数值模拟研究
| 论文题名： | 沥青路面Top-down开裂机理及影响因素试验与数值模拟研究 |
| 关键词： | 沥青路面;Top-down裂缝;开裂机理;高低温性能;数值模拟 |
| 摘要： | 沥青路面自上而下开裂的Top-down裂缝是一种相较于传统的疲劳反射裂缝危害更广泛的沥青路面病害形式。目前，国内对Top-down裂缝的研究不够全面，路面设计规范中鲜有控制Top-down裂缝病害的相关指标，鉴于此，本文从沥青路面材料性能随环境温度变化而变化的角度展开对沥青路面Top-down开裂机理及影响因素的研究，通过对沥青低温粘弹塑性、玻璃转化点温度以及高温老化机理的研究，分析了沥青高低性能对沥青路面Top-down开裂的影响；通过沥青混合料级配设计、不同工况下的室内试验分析了沥青混合料的级配、低温抗裂性能、高温疲劳性能以及动态响应性能对沥青路面Top-down开裂的影响。最后利用数值模拟方法，基于不同温度下的动态模量试验参数以及温度梯度，分析了不同荷载、温度及速度工况下沥青路面的力学响应和不同季节路面结构产生的温度应力以及裂缝尖端的应力强度因子，研究了沥青路面Top-down裂缝的开裂扩展机理，得出以下结论： 1.通过BBR试验和DSC试验能够较好的评价沥青的低温性能，依据试验结果提出沥青路面上面层抗Top-down裂缝设计相应沥青试验的低温评价指标。 2.在高温工况下，SMA-13三轴重复荷载试验温度越高，永久变形量的增长速率越快。当永久变形量达到一定时，内部结构会产生微裂缝，导致结构承载力迅速下降，并进一步发生破坏，产生Top-down裂缝。 3.基于SMA-13动态模量试验发现，低温环境（≤5℃），相位角随着荷载作用频率的增大而减小，即车速越快，相位角越小，路面越容易发生Top-down脆裂；高温环境（≥50℃），动态模量整体较小，且动态模量随着荷载作用频率的增大而减小，路面更易因较强的车辆接触应力而产生Top-down裂缝。 4.数值模拟分析可知：沥青路面受拉开裂主要由σzz控制（x-横向、z-纵向、y-深度方向），受剪开裂主要由σyz控制，分析应力方向可知，拉应力σzz和剪应力σyz分别更易使路面产生横向和纵向Top-down裂缝。温度越低，沥青路面拉应力和应力强度因子越大，路面结构温度应力也越大；温度越高，路面越容易出现受剪开裂。 |
| 作者： | 廖松洋 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 杨三强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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