沥青路面应力状态的动态演化及强度理论应用研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kldzn2004
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目前关于沥青路面结构力学计算已形成相对标准的体系并在规范中有所体现,但现有理论体系仍有待深入研究。首先现有沥青路面力学分析通常为对根据经验选取的固定点位进行计算,对于路面结构空间体的整体力学响应和应力状态仍处于模糊阶段,此外对于沥青路面力学影响因素缺乏系统的研究,最后现有力学分析通常为对力学参数大小的定性研究,对结构是否损坏以及损坏的位置仍不明确。针对上述问题,编写了三维空间全体积计算程序、三维应力状态计算程序以及基于强度理论的损坏分析程序等一套完整程序,以此为工具表达路面结构在不同服役情况下的力学响应和空间应力状态,研究各因素对路面结构的力学影响,并结合强度理论进行损坏分析,从而提出沥青路面工程应用指导建议。首先根据计算结果总结了拉应力与剪应力在沥青路面中的分布规律,拉应力出现在由上到下第一次出现模量大幅度衰减时,剪应力在模量相对较大的层中由上至下扩散传递。对应力与应变分布的差异问题进行了分析,认为其原因是模量对应变的影响较大。通过三维空间全体积分析模型表达了各种类型沥青路面结构的空间应力状态分布特征。分析了荷载类型系数、层间结合状态和泊松比等影响因素对沥青路面力学响应和应力状态的影响,分析结果表明荷载作用系数对结构力学响应产生与函数图像凹凸性质类似的影响;滑动状态下出现了较大的应力和应力水平较高的危险应力状态;泊松比大的层位倾向于受更多的压应力和更少的剪应力。其次根据沥青混合料模量随温度变化关系提出了基于温度变化的力学响应和应力状态动态演化分析方法。计算得到了强基薄面型沥青路面和组合式基层沥青路面两种结构一年中力学响应和应力状态的变化,计算结果表明力学响应的分布和数值随时间在不断的发生波动,力学响应分布有明显的季节性,春季和秋季可以看作冬夏两个季节的过渡阶段,夏季结构更倾向于纯受压无拉应力,温度低的冬季结构更倾向于拉压作用。根据动态演化分析方法进一步分析了影响因素在不同温度下的影响差异。最后将适合沥青混合料的强度理论编入程序计算得到安全系数,以图谱和三维体积的形式计算得到了不同情况下里面结构安全系数的分布和易产生损坏的危险位置。计算了不同结构安全系数分布,分析结果表明最危险位置通常是靠近表面荷载圆内外边缘下方区域、面层第二层两荷载圆中间区域或出现较大拉应力位置。提出适合于沥青路面材料在不同温度下的强度换算系数,以此为基础结合动态演化分析方法计算一年中沥青路面损坏情况的变化和不同季节易发生破坏的危险位置。分析结果表明冬季面层底部的两向受拉一向受压区和一向受拉两向受压区易产生拉伸开裂,面层受压破坏的可能很小,夏季荷载圆边缘下方的两向受压区易发生压坏。本研究对沥青路面力学响应和应力状态的相关问题进行了研究并编写了相关计算程序,对沥青路面结构设计与工程应用有一定价值。
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