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基于内聚力模型的沥青路面断裂研究
| 论文题名： | 基于内聚力模型的沥青路面断裂研究 |
| 关键词： | 沥青路面;内聚力模型;劈裂试验;低温缩裂;反射裂缝;理论-试验法 |
| 摘要： | 裂缝是世界各国沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一，严重地影响了沥青路面的使用性能和服务寿命。因此，研究沥青路面裂缝的形成和扩展问题对于防治和延缓路面的开裂具有重要意义。 针对沥青混凝土的断裂特征，提出使用内聚力模型(cohesive zone model，简称CZM)研究沥青混凝土的断裂行为。分析了有限元软件ABAQUS中的两种内聚力模型的本构关系，通过模拟沥青混凝土的单边开口梁I型断裂试验选择了双线性内聚力模型，并且修正了模型参数和讨论了模型参数对数值模拟结果的影响。 利用修正参数后的双线性CZM模拟了沥青混合料的劈裂试验，进一步验证了这种双线性模型模拟沥青混凝土断裂行为的有效性，分析了劈裂试验过程中试件的应力分布、损伤规律和裂缝的形成与扩展。结果表明：劈裂试件纵轴上两端为压应力，中间为拉应力，且试件两端产生了显著的压应力集中；纵轴上损伤区域的损伤值随着荷载的增加而增加，并且损伤长度也逐渐增加；纵轴中间区域的损伤值达到1时，相应的部位就会产生宏观裂缝，而后裂缝向两端扩展，但扩展速率逐渐减小。 使用双线性CZM模拟了沥青路面的低温缩裂过程。研究表明：随着温度的降低，沥青面层经历了从材料损伤到断裂的过程；在降温幅度较小时，沥青路面虽然没有形成宏观裂缝，但是路表附近的路面材料已经经历了一定程度的损伤；当降温幅度达到一定值时，沥青面层顶端就会产生宏观裂缝并扩展至面层底部。讨论了面层结构参数和CZM模型参数以及沥青面层和半刚性基层的接触状态对沥青路面低温缩裂的影响。 使用双线性CZM模拟了半刚性基层沥青路面由于温度降低引起的反射裂缝。研究表明，在路表降温幅度达到一定程度时，半刚性基层裂缝对应的沥青面层底部会产生一定程度的损伤或者断裂。讨论了沥青面层的厚度、模量和温度收缩系数以及半刚性基层的模量和温度收缩系数对反射裂缝的影响。研究显示，增加沥青面层的厚度以及控制半刚性基层的模量和温度收缩系数可以有效地防止或延缓面层中反射裂缝的产生。 使用双线性CZM模拟了旧水泥路面加铺沥青面层路面的温缩型反射裂缝。讨论了沥青面层的厚度、模量和温度收缩系数以及旧水泥板的模量、温度收缩系数和裂缝宽度对反射裂缝的影响。研究了土工合成材料夹层和应力吸收层防治反射裂缝的效果。 基于双线性CZM，首次提出理论.试验法评价沥青混合料的抗裂性能。使用理论-试验法评价了不同类型沥青混合料的抗裂性能，并研究了沥青种类、油石比和温度条件对沥青混合料抗裂性能的影响。 |
| 作者： | 张东 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 赵永利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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