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旧CCP加铺厚沥青层的力学响应测试与数值模拟

方一钱  
【摘要】:经过大规模路网建设后,广东省是我国修建水泥混凝土路面(CCP)最多的省份之一,许多高等级水泥混凝土路面面临大修,同时省养道路的城市化变革,也使许多水泥混凝土路面面临升级改造。破损CCP加铺半刚性基层沥青面层的大修工程中,出现较多的早期破坏,加铺厚沥青层(柔性基层沥青面层)取得了较好的应用效果。因此,结合广东省东莞市高温多雨重载的工程实际,建立路面结构温度场及路面在行车荷载和温度荷载作用下路面力学响应实测数据库,构建复合路面结构力学响应的新模型。研究厚沥青加铺层在行车荷载和温度荷载作用下的力学响应及破坏关键参数,分析各因素对路面结构耐久性的影响,为完善和优化广东省水泥混凝土路面加铺厚沥青路面的道路材料设计和提高加铺结构耐久性提供力学理论和技术依据。首先,本文以试验路段的技术调查数据为基础,分析了试验路段旧路面的病害情况,为破损水泥混凝土路面加铺厚沥青层的修复设计及结构的数值模拟分析提供数据和理论基础;综述了旧CCP加铺沥青层出现的常见病害,分析在车辆荷载和温度荷载对带有接(裂)缝处加铺层结构的力学响应及反射裂缝的破坏机理;进一步基于路面开裂的力学机理,分析了应力强度因子理论及内聚力模型的应用原理,给出了旧路面在加铺前的病害处治措施及其理论依据。针对复合路面结构力学响应的复杂性,在已有的研究工作基础上,收集分析已埋入试验路段的振弦式应变传感器和温度传感器监测的数据。获取路面结构内部的工作信息,建立路面结构温度场及路面在行车荷载和温度荷载作用下路面力学响应实测数据库,分析各因素对路面结构力学响应的一般规律,为结构的力学模型的建立和反演提供理论依据和参数依据,同时为定量化评价和优化路面结构层的设计及沥青路面材料的选取提供技术支持。论文在已有的研究工作基础上,基于试验路段路面结构技术状况,利用有限元软件ABAQUS建立三维几何模型,考虑旧路面的接缝及层间接触,对旧水泥路面加铺厚沥青层结构在车辆荷载和温度荷载作用下的力学响应进行数值模拟,分析了加铺结构最不利荷载位置,研究旧路面与加铺层的层间接触和旧路面间接缝的影响;基于广东省夏季高温天气计算分析了结构的温度场,基于施工过程的实际情况研究了结构在温度荷载和车辆荷载耦合作用下调平层厚度对结构受力特性的影响;根据旧路的检测结果,分析了旧基层和旧底基层破损对加铺结构力学响应的影响。


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