沥青混凝土面板低温抗裂的有限元分析

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人类很早就使用沥青作为防渗材料,近代由于交通运输业的蓬勃发展,沥青混合料被越来越多的应用于路面摊铺。随着这项技术的发展,沥青混合料在水利工程中逐渐得到应用,并慢慢发展成为较成熟的水工沥青混凝土防渗技术。  沥青混凝土具有良好的防渗性能及变形性能等优点,是土石坝面板及蓄水池防渗面板的首选材料。沥青混凝土是一种粘弹性材料,高温时呈现粘塑性,低温时则表现出脆性特点。寒冷地区沥青混凝土面板直接与大气接触,内部温度呈现梯度变化,导致温度应力在厚度方向分布不均,如果温度应力的大小超过材料的抗拉极限,就可能产生裂缝。低温裂缝是沥青混凝土面板面临的主要危害之一,国内外工程中均有此类事故发生。因此,如何简便有效的预估沥青混凝土面板的温度场与温度应力,作为判断面板是否会产生温度裂缝的依据,为面板设计提供帮助,正是本文研究的重点。  沥青混凝土属于粘弹性材料,其应力应变关系相对复杂,目前表征其本构关系的形式多种多样,国际尚无统一意见。本文使用有限元方法计算沥青混凝土面板温度应力,选用八节点矩阵单元,在建立有限元模型后,先计算面板各时间不同厚度的温度值,然后将计算出的温度作为载荷施加到模型中,求解其温度应力。  本文结合国内工程实例,根据工程区气候条件,选取极端寒冷天气时,一天内的温度变化情况,计算其对沥青混凝土面板温度场和温度应力的影响。计算分为竣工期和运行期(蓄水前以及蓄水后水位突降时)工况,面板直接与大气相接触。计算完成后,找出最大应力值,作为判别面板是否开裂的依据。  本文为沥青混凝土温度应力计算提供了些许经验,但尚存在可提高之处。相信随着人们对沥青混凝土低温特性和其他方面认识的不断完善,沥青混凝土在未来的水利工程建设中将有更加广阔的发展前景。
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