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半刚性基层沥青路面低温开裂机理的研究

王晓英  
【摘要】:半刚性基层沥青路面具有良好的行车舒适性,优越的路用性能,快速通车,方便维修,承载能力强,扩散应力好等优点,能够较好的适用于我国交通量大、重载超载的交通条件,是我国公路及城市道路的主要结构形式。沥青混合料是一种感温性材料,随着温度的变化其力学性能会发生明显变化。无机结合料稳定性半刚性基层刚度较大,在温度降低的条件下收缩性能较差,沥青混凝土面层受到半刚性基层的约束无法自由收缩而产生温度应力。当温度应力超过沥青混合料的抗拉强度,路表面即发生开裂,继而在行车与外界环境的综合作用下,裂缝继续扩展形成日常所见的横向裂缝,或者在循环降温的条件下,面层材料会出现温度疲劳损伤。而半刚性基层沥青路面在产生温度裂缝后,裂缝的扩展直接涉及到面层沥青混合料对半刚性基层材料保护失效问题,因此开展相关的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文针对半刚性基层沥青路面低温开裂机理的研究展开了以下相关工作:第一、半刚性基层沥青路面长期暴露在外界环境中,组成材料及结构性能会随着温度的变化而变化。分析沥青性能、混合料组成、混合料温缩系数及半刚性基层对半刚性基层沥青路面低温性能的影响。第二、在不同的加载速率及温度环境下进行以70#沥青、SBS改性沥青及橡塑改性沥青为胶结料的沥青混合料半圆弯曲试验,在不同试验条件下获得沥青混合料的主要开裂参数:劲度、开裂韧度、开裂能和抗拉强度,分析胶结料种类、试验温度及加载速率对试验结果的影响。第三、基于虚拟开裂模型,研究半刚性基层沥青路面在一次降温条件下裂缝的发展。求解单一虚拟裂缝开裂张开位移及裂缝处滑动区范围,研究两条虚拟裂缝发展过程中的相互影响。第四、基于黏结开裂模型,利用界面元方法,根据摩擦开裂模型求解的最小裂缝间距建立半刚性基层沥青路面基本模型,在外界温度循环作用的条件下,利用ABAQUS软件分析路面内部温度分布、应力分布、应变分布及位移分布。


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