荷載和溫度對瀝青路面Top-Down開裂影響的有限元分析.pdf

1、本文針對瀝青路面的Top-Down裂縫,結(jié)合筑路材料的材料參數(shù)和實際觀測數(shù)據(jù),對輪胎-路面交互作用下的瀝青路面結(jié)構(gòu)進行力學分析,研究結(jié)構(gòu)的受力和溫度場。揭示瀝青路面Top-Down開裂的原因和影響因素,探討延緩Top-Down開裂的措施與方法。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴根據(jù)硬質(zhì)胎壁輪胎的傳力機制和實際的負載和胎壓,將輪胎-路面的接觸應力簡化為二維垂直和橫向的接觸應力,同時結(jié)合筑路材料的阻尼性質(zhì),采用有限元軟件ABAQUS,建立

2、二維有限元模型進行顯式動力學分析。計算及分析表明:由于路表的剪應力導致了Top-Down裂縫的產(chǎn)生;由于慢車速作用下產(chǎn)生的路表剪應力值大于快車速作用下的值,所以是導致Top-Down裂縫產(chǎn)生的外在因素之一;相同車速下,阻尼比高的筑路材料產(chǎn)生的路表剪應力小于阻尼比低的筑路材料,是Top-Down裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在因素之一;并用統(tǒng)計學方法,分析動荷載作用下不同因素對Top-Down開裂影響的顯著性。
　　 ⑵在原有的有限元模型上考慮三個

3、不同長度的初始微裂縫,結(jié)合實際觀測的不同溫度情況的瀝青混合料的動態(tài)模量,研究動荷載作用下裂縫的發(fā)展規(guī)律。計算及分析表明:車速越慢,剪切型強度因子KⅡ也越大,即較慢的車速會加速Top-Down裂縫的擴展;同時隨著溫度的升高,瀝青面層材料動態(tài)模量的降低,剪切型強度因子KⅡ隨之減小;剪切型強度因子KⅡ隨著裂縫長度的增加而增大;從整體上來說,在相同工況下采用半剛性基層可以降低Top-Down裂縫的剪切型強度因子KⅡ,而且在溫度較低裂縫較長時候體

4、現(xiàn)的更加明顯;并用廣義Paris公式,分析了不同工況下Top-Down裂縫的疲勞壽命。
　　 ⑶研究了三個不同降溫幅度對含裂縫瀝青路面結(jié)構(gòu)的溫度場和力學的影響,計算及分析表明：經(jīng)過反復作用后的存在微裂縫的瀝青路面,在急劇降溫過程中可能導致面層產(chǎn)生Top-Down裂縫;在降溫過程中,路面結(jié)構(gòu)不同深度處,路表的拉應力和變化幅度最大,隨著深度的增加,拉應力和其變化幅度逐漸減小;初始微裂縫越長,降溫過程中張開型應力強度因子KⅠ越大,也越