多裂缝水泥混凝土路面及其加铺结构数值分析

【摘要】：开裂破坏是水泥混凝土路面结构破坏的主要形式之一。当路面结构中出现裂缝达到一定长度时会极大的影响行车的安全性,降低行车的舒适性。多条裂缝同时出现时,随着裂缝数量的增加,裂缝间可能会产生一定的相互作用,其间的相互作用可能会加速裂缝的扩展,缩短道路的使用寿命。为分析水泥混凝土路面及其加铺结构中多裂缝间的相互作用,本文采用大型有限元分析软件ABAQUS建立含多条初始裂缝的水泥混凝土路面的三维模型,得到裂缝尖端的应力强度因子,分析裂缝间的相互影响及裂缝规律,进一步建立在含多条初始裂缝的旧水泥混凝土路面上加铺橡胶沥青应力吸收层和沥青混凝土面层三维模型,分析加铺沥青加铺层的改造措施对裂缝扩展的影响,为含多裂缝水泥混凝土路面结构的结构安全评定和加固维修提供依据。本文具体内容如下:首先,建立车辆匀速行驶时含单条和含两条初始裂缝的水泥混凝土路面三维有限元模型,分别计算其裂缝尖端的应力强度因子值和J积分值,通过对比分析含单条裂缝和两条裂缝时水泥混凝土路面结构的计算结果得出裂缝尖端断裂参数的变化规律,结果表明裂缝间是存在相互作用的;同时,还对不同结构参数对多裂缝尖端应力强度因子的变化规律的影响进行了分析和探讨。其次,依次建立车辆匀速行驶时含三条初始裂缝及四条初始裂缝的水泥混凝土路面三维模型,更深入地分析裂缝的数量对含多条初始裂缝的水泥混凝土路面结构裂缝扩展规律的影响;同时,应用BP神经网络建立了含初始裂缝水泥混凝土路面结构裂缝尖端应力强度因子的预测模型,通过统计分析车辆匀速行驶时,含单条裂缝、两条裂缝、三条裂缝及四条裂缝的水泥混凝土路面结构的裂缝尖端应力强度因子值,对含多条裂缝路面结构裂缝尖端的应力强度因子值进行预测。最后,建立铺设加铺层的三维有限元模型,模拟在加铺层和含两条初始裂缝旧水泥混凝土路面间设置橡胶沥青应力吸收层的结构,计算设置加铺层后路面结构上多裂缝尖端应力强度因子值,与加铺前多裂缝尖端的应力强度因子值进行对比分析,研究沥青路面加铺层对含多条裂缝的水泥混凝土路面结构抗裂性能的影响;同时,进一步探讨不同加铺层结构参数对其抗裂效果的影响。