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沥青路面表面裂缝形成机理的研究
| 论文题名： | 沥青路面表面裂缝形成机理的研究 |
| 关键词： | 沥青路面;表面裂缝;荷载型裂缝;非荷载型裂缝;移动荷载;温度场 |
| 摘要： | 近年来越来越多的研究表明许多与荷载有关的裂缝发生在路面的表面且向下扩展贯穿沥青混凝土面层。即通常所认为的Top-down Cracking，简称TDC，主要表现为轮迹带边缘的纵向裂缝。目前已成为沥青路面破坏的主要形式之一。尽管有些表面裂缝初期对路面结构的承载能力没有影响，但他们对磨耗层的耐久性和功能寿命有强烈的影响而且导致水和其他外来杂物渗入到路面结构中，且在车载和环境的影响下会增加裂缝尖端的应力集中。使裂缝以加速的速率扩展穿透AC面层。而采用传统的方法不能解释路面的这种损坏，传统的荷载是均匀分布的垂直表面荷载，在一定的轮胎压力下施加在一个点位，而忽略了轮胎的类型和车轮的摆动带来的影响。为了探讨沥青表面实际的受荷情况及进一步寻求表面裂缝的形成机理，本文选用非均布车轮荷载模型建立了半刚性路面结构的三维有限元模型，采用大型有限元软件Abaqus进行了数值分析。 本文首先考虑了轮胎花纹的特性，引入了非均布荷载作用图式，借助有限元软件分析了沥青路面面层厚度、各结构层模量变化以及超载对路面结构受力的影响。考虑了不同的裂缝深度、裂缝位置和荷载位置在结构内的响应，分析了荷载型裂缝产生的机理。 接着本文引入了移动载荷的作用，采用三维动态有限元方法，通过时间和空间坐标来控制移动加载，裂缝尖端使用奇异单元，通过位移法求得应力强度因子，对移动荷载作用下无裂缝路面结构体及含裂缝路面结构的结构力学响应进行了分析。研究了移动荷载对路面裂缝的影响。 然后本文通过编制子程序建立了中原地区沥青路面日周期性变化的温度场，分别计算了周期性变温温度场和非周期变温温度场下产生温度应力。分析了路面的温度场对结构层的影响以及温度裂缝产生和扩展的原因。 最后把非均布车载和温度荷载耦合，计算最不利条件下无裂缝和有裂缝路面结构内的应力响应，探求在综合作用下裂缝开展的原因和规律。并为今后进一步的预防和维护提出了相应的建议。 |
| 作者： | 王鹏 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 黄晓明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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