论文部分内容阅读
沥青路面裂缝问题已经成为路面病害中严重问题之一,尤其在低温和超载严重地区。由于玻璃纤维格栅具有高抗拉性、与沥青混合料良好的相容性及集料嵌锁限制作用,在沥青路面加铺设计中被广泛使用。本文以我国寒冷地区宁夏的一段高速公路为典型路面结构,运用Ansys进行道路的温度场、力场及耦合场的数值模拟,本数值模拟成功地解决了裂缝结构的耦合场数值分析的问题,得出如下结论:随着每天温度地变化,裂缝尖端应力强度因子也在不断改变,为此本文提出动态应力强度因子概念。从动态应力强度因子K1的变化规律可得,在进行路面加铺抗裂设计时,首先应该考虑到一天当中温度最低时的温度荷载;其次要选择本段道路交通量中轴重最大的车辆进行专项设计。无论有无玻纤格栅层,动态应力强度因子与加铺层厚度成反比,这证明了增加加铺层厚度有利于抑制裂缝反射。动态应力强度因子最大值随加铺层厚度变化梯度约为-1.48×104Pa.m1/2/cm,随AG层模量的变化梯度约为1.44×104Pa.m1/2/MPa。根据加铺层底部应力等效原则,有玻纤格栅层的加铺层厚度大约为无玻纤材料时加铺厚度的一半。纯车载与耦合场条件下的加铺层底部应力比值最大可达到5.4,裂缝尖端点应力比值最高得2.8,所以在我国寒冷地区路面设计中,温度载荷不应该简化计算或忽略。路面结构内部出现最低温度的时间比路表要晚,温度延迟梯度大小约为20分钟/cm。对于含玻纤格栅层的路面结构,裂缝尖端点应力大约是加铺层底部应力的3倍以上,这说明玻纤格栅层对裂缝尖端应力的过滤吸收作用。针对沥青混合料疲劳试验与道路实际状况不吻合的状况,本文设计出新型试验方案。通过新型疲劳对比试验得出:无论有无玻纤格栅层,加大加铺层厚度是抑制旧路面裂缝向上反射的一种方法,却是以经济为代价地;在同等加铺条件下,有玻纤格栅层的比无玻纤格栅层的路面寿命最小能提高的50%,最大能提高5到6倍。在低温的情况下,玻纤层提高路面寿命的效果非常明显;在加铺层厚度比较厚并且温度较高时,玻纤格栅层起到的效果不是非常明显。试件裂缝发展规律截然不同,有玻纤格栅层的试件裂缝出现地晚并且发展非常缓慢,而无玻纤格栅的试件裂缝出现早并且发展迅速。无玻纤格栅的试件在断裂后一分为二即完全断裂破坏;而有玻纤格栅的试件在断裂后格栅上部结构仍然连接完好,没有完全破坏。无玻纤格栅层时,试件疲劳寿命与温度成正比关系;有玻纤格栅层时,疲劳寿命与温度是成反比关系。从经济性和适用性考虑,在低温地区加铺一层玻纤格栅材料是非常好的选择。根据室内实验和数值模拟数据,总结出含玻纤格栅材料的加铺层厚度的设计方法:先按照规范法进行路面加铺层常规厚度设计,再按常规设计厚度的一半进行实际加铺。