基于权函数法的沥青路面基-面层裂缝的扩展行为

为了研究半刚性基层沥青混凝土路面在行车荷载作用下出现的基层反射裂缝及其扩展规律,基于黏弹性断裂力学理论和权函数法,对反射裂缝的应力强度因子进行了分析,推导了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂判据理论.采用数值模拟方法分析了结构层厚度及荷载位置对基层反射裂缝的影响,并通过单边切口小梁试验研究了面层裂缝扩展模式.研究结果表明:Ⅰ型(K_Ⅰ)和Ⅱ型(K_Ⅱ)应力强度因子受路面结构层厚度的影响较大,在行车荷载作用下Ⅰ型裂纹扩展模式起主导作用,增加基层厚度对防止反射裂纹的产生有一定的效果;在考虑水平荷载作用时,Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子均随荷载位置的变化而变化,随着荷载与裂纹距离的不断增加,K_Ⅰ逐渐减小,K_Ⅱ逐渐增加,反射裂缝逐渐偏向Ⅱ型裂纹扩展模式;在不考虑水平作用时,基层反射裂纹以Ⅰ-Ⅱ复合型形式出现,并在应力集中下向面层扩展,扩展模式表现为Ⅰ-Ⅱ复合型.     

加宽工程路面开裂影响因素的数值分析

基于线弹性断裂力学,使用大型有限元软件ABAQUS对加宽工程路面在2种荷载作用模式下开裂的影响因素进行了分析.对沥青面层厚度和模量的分析结果表明,偏荷载对面层裂缝扩展的影响比正荷载大,增加面层厚度和减小面层模量能降低面层反射裂缝应力强度因子.对老路基层和新路基层模量的分析结果表明新老路基层模量相同时,应力强度因子K2数值最小,几乎为零,并随裂缝扩展长度变化不大,面层反射裂缝扩展的可能性最小,因此,选择合适的新路面结构使其模量与老路基层模量相同是非常重要的.此外,随差异沉降增加,应力强度因子K2略有增大,并且差异沉降越大,K2增大得越明显.这表明除合理选择路面结构外,进行地基处理降低差异沉降也非常重要.     

移动车辆荷载作用下梁体裂缝扩展规律

为了研究移动车辆荷载作用下开裂梁体的裂缝扩展规律,提出了一种基于相互作用积分法与车桥耦合振动分析相结合的裂缝尖端三维动态应力强度因子求解方法.同时,基于复合裂缝的临界断裂曲线提出了评估动力作用下弯剪裂缝扩展性能的参数λ.采用数值模拟方法分析了路面等级、车重、车速、梁体损伤程度和裂缝角度对移动荷载作用下裂缝扩展性能的影响.结果表明:车辆荷载增加、路面等级退化和梁体损伤程度增大均会导致裂缝扩展性能参数变大,其中车辆荷载作用最为明显,车辆行驶速度及裂缝角度对其影响不大;车辆荷载的冲击作用会加大裂缝扩展的风险,车辆荷载较轻和路面退化严重时,其对裂缝扩展性能的动力放大作用非常明显;车辆荷载和梁体损伤程度对裂缝扩展性能参数的耦合作用表现出非线性,随着车辆荷载的增大和梁体损伤程度的增加,裂缝扩展的风险加速增大.     

沥青路面表面裂纹扩展机理研究

随着长寿命沥青路面概念的提出,沥青面层厚度的增加,表面裂纹取代反射裂缝成为沥青路面开裂破坏的主要形式.本文基于断裂力学理论,利用无网格伽辽金/有限元耦合方法,对沥青路面表面裂纹的扩展进行了数值模拟,通过对表面裂纹扩展过程中的应力强度因子变化规律和裂纹扩展路径的分析,以及面层、基层设计参数对裂纹扩展的影响的研究,探讨沥青路面表面裂纹扩展机理.结果显示,相对于不考虑行车荷载水平分量的情况,考虑行车荷载的水平分量时表面裂纹的扩展更不利,行车荷载水平分量会增大裂纹尖端的应力强度因子,并减短裂纹扩展的路径;裂纹扩展过程中,应力强度因子经历一个急剧增大——缓慢减小——缓慢增大——急剧增大的过程;随面层、基层厚度的增加,表面裂纹尖端的应力强度因子降低,随着面层模量的增大,表面裂纹尖端的应力强度因子增大;面层模量、基层模量对裂纹扩展路径的影响不大.     

交通荷载作用下沥青路面裂缝尖端的应力强度因子分析

考虑沥青混合料粘弹性断裂力学行为,对于沥青路面的开裂或反射性裂缝的扩展行为研究具有重要意义.基于粘弹性断裂理论,采用非线性有限元软件ABAQUS,分析交通动荷载作用下不同车速、不同基层模量对含有裂缝路面结构体系的位移场和应力场的影响.计算结果表明:裂缝尖端应力强度因子变化曲线随着车速的增加发生移动,且峰值几乎不变;随着基层模量的增加,应力强度因子增大.在偏荷载作用下裂缝尖端应力强度因子由KⅠ、KⅡ组成,当基层模量较小时裂缝尖端应力强度因子主要表现为KⅡ,随着弹性模量的增加KⅠ增大,KⅡ几乎保持不变.     

基于动态模量的沥青路面开裂分析

在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来考虑荷载作用频率和温度对沥青混合料力学性质的影响,采用移动荷载模式,利用断裂力学的方法分析了典型柔性基层沥青路面的开裂机理.研究表明:轮载经过裂缝1次,根据不同工况,可能在裂尖引起1个,2个或3个张开型应力强度因子(KⅠ)峰值.而剪切型应力强度因子(KⅡ)总有2个峰值,且大小相等,方向相反.分析了温度、行车速度及裂缝长度对裂尖应力强度因子及其作用频率的影响.当裂缝较短且温度较低时,裂缝扩展主要由KⅠ引起.随着裂缝长度的增加和温度的升高,KⅡ逐渐成为裂缝扩展的主要因素.     

沥青路面Top-Down裂缝的断裂力学分析

采用移动荷载模式,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质,利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响.研究表明随着裂缝长度增加和温度降低,张开型应力强度因子(KⅠ)和剪切型应力强度因子(KⅡ)的峰值增加.行车速度对应力强度因子的作用频率有显著影响,较慢的行车速度会加速Top-Down裂缝的扩展.与采用粒料基层相比,采用半刚性基层可降低裂尖应力强度因子.随着温度升高和裂缝长度增加,KⅠ对裂缝扩展的贡献减小,而KⅡ的贡献逐渐增加.     

荷载的非均布效应刘沥青路面表面裂缝疲劳寿命的影响分析

交通荷载和环境作用将会导致沥青路面产生表面裂缝,并且促使裂缝向下扩展,严重影响路面的使用性能.其中,交通荷载随着轮胎负荷及胎压的不同,呈现出非均匀分布,对表面裂缝的疲劳扩展产生不同的效应.本文采用三维有限元方法计算分析了荷载的非均布效应对表面裂缝应力强度因子的影响,并在此基础上应用Paris公式将非均布荷载对表面裂缝疲劳寿命的影响进行了分析.     

多因素作用下预应力混凝土简支空心板梁的裂缝评价

以断裂力学及断裂有限元相关理论为基础,用ANSYS有限元软件建立完整梁和带裂缝梁并对其进行静力分析.在不同荷载作用下,比较完整梁和带裂缝梁的挠度、拉应力、压应力和切应力等受力变化.在标定荷载作用下,分析裂缝长度、深度及宽度对主梁受力的影响,计算不同裂缝尺寸下的应力强度因子.结果表明:相同荷载条件下,带裂缝梁由于裂缝尖端存在应力集中,混凝土所受拉应力比同一完整梁明显变大;在常量荷载作用下,随着裂缝尺寸的增加,裂缝尖端应力场强度增大,应力强度因子增大,发生断裂的可能性增大;对于本文中带裂缝20m预应力混凝土简支梁来说,当裂缝宽度为0.25mm时,会发生脆性断裂,因此要控制裂缝宽度小于0.25mm.     

含裂缝沥青路面橡胶应力吸收层的最佳参数研究

目的找出不同等级交通荷载作用下沥青路面橡胶应力吸收层的最佳参数,从而提高路面的使用寿命.方法应用ABAQUS有限元软件建立含裂缝沥青路面三维力学模型,通过层底各应力和裂缝尖端应力强度因子的比较分析,确定橡胶应力吸收层的防裂效果;通过应力吸收层的模量和厚度与裂缝尖端处面层层底各应力的关系,确定最佳模量和厚度.结果在标准荷载BZZ-100作用下,橡胶应力吸收层的最佳模量建议取600 MPa,最佳厚度取2.5 cm.橡胶应力吸收层能够顺利的延缓并控制反射裂缝.在重载交通作用下,应力吸收层的最佳模量建议取800 MPa,最佳厚度取3 cm.结论路面橡胶应力吸收层可以对路面裂缝的产生起到抑制作用,应力吸收层的弹性模量及厚度直接影响路面裂缝的产生.     

考虑温度非均匀性的沥青路面温度应力分析

为了合理评价温度对沥青路面结构的影响,考虑沥青路面温度沿深度方向的非均匀性分布和温度对沥青混凝土模量的影响,利用有限元法计算分析了不同面层初始裂缝深度和不同气温下的路面结构温度应力与应力强度因子变化情况。结果表明:面层表面开裂后,裂缝处的温度应力显著减小,面层底面的温度应力有所增大;裂缝初始深度越大,日平均温度越低,温差越大,面层底面的温度应力越大,裂缝处的应力强度因子也越大。在青藏公路沿线平均气温低、日温差大的条件下,一旦面层表面开裂,沥青路面结构将产生较大温度应力,导致裂缝快速向下扩展。     

基于解析方法的开裂水泥混凝土路面动力响应

水泥混凝土路面在使用过程中板底出现裂缝是一种常见的损坏形式.为分析影响水泥混凝土路面中板底裂缝扩展的主要因素,以断裂力学理论为基础,基于解析的方法对含裂缝水泥混凝土路面的动力响应进行研究.将水泥混凝土路面简化为Winkler 地基上的弹性板,通过Fourier积分变换和Laplace积分变换,将位移控制偏微分方程组转化为常微分方程组进行求解,引入位错密度函数并应用留数定理计算复杂积分,推导出奇异积分方程并获得路面动力响应的解析表达式.通过Lobatto-Chebyshev求积公式求解奇异积分方程,可以得到裂缝尖端应力强度因子的数值解.以工程实例计算结果为基础,分析影响水泥混凝土路面中板底裂缝向上扩展的主要因素.     

高等级沥青路面基层底裂缝扩展规律

在断裂力学理论基础上,应用有限元软件ABAQUS,采用20结点等参元有限元模型,对路面基层裂缝进行数值计算.并采用P-M准则和Paris公式预测了基层裂缝扩展寿命,分析探讨了应力强度因子K1和K2在基层裂缝扩展过程中的变化规律及路面结构参数对基层疲劳寿命的影响.计算结果真实反映路面结构的现象和规律,可为高等级公路抗裂设计提供依据.     

动荷载作用下沥青路面的表面裂缝扩展研究

【目的】研究沥青路面表面裂缝在动荷载作用下的扩展行为,分析完整沥青路面结构和含表面裂缝结构的负荷响应,探讨应力强度因子K₂随着荷载变化的规律,以及表面裂缝在扩展过程中K₂的敏感性,为公路工程中路面结构抗裂设计提供一定理论依据。【方法】应用有限元软件ABAQUS建立沥青路面表面裂缝结构模型,基于动力学理论对交通荷载作用下沥青路面结构进行数值计算。【结果】动荷载作用下,完整沥青路面的表面弯沉较静态荷载有所减小,随着裂缝扩展深度的增大,弯沉值会逐渐增大; 动应力强度因子K₂的变化曲线较荷载变化曲线具有一定的滞后性,且最大值大于静态荷载下K₂的值; 表面裂缝向下扩展过程中,K₂在扩展前期增长速率较快,扩展至面板厚度一半后,K₂的增长速率逐渐放缓; 减小面层模量、增大基层模量和厚度,能够较好地抑制表面裂缝的扩展,其余参数则影响较小; K₂随着行车荷载的增大呈线性增长趋势,裂缝扩展越深K₂增加越显著。【结论】延长含表面裂缝的沥青路面结构的使用寿命,较好的方法是减小面层动态模量,适当增大基层的动态模量以及增大基层的厚度。     

沥青路面温缩裂缝的应力强度因子分析

通过有限元对沥青面层温缩裂缝尖端的应力强度因子进行分析,结果表明,在连续降温条件下,影响沥青面层内温缩裂缝应力强度因子的主要因素为初始温度和降温幅度。     

RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析

在沥青水泥混凝土AC层中接缝的上方存在一条垂直路面结构的反射裂缝的条件下，研究温度变化对反射裂缝的影响，并考虑沥青水泥混凝土AC层与碾压水泥混凝土RCC板之间的接触，摒弃两层之间完全连续的假设。其步骤为：利用传热学原理，得出路面结构的温度场，再利用热弹性理论求出不同温度条件下产生的热应力；然后，利用断裂力学理论计算复合式路面裂缝尖端的应力强度因子。此外，根据工程实例得出了不同裂缝长度下的应力强度因子，并分析了不同因素对应力强度因子的影响。研究结果表明：降低AC层与RCC板之问的粘结程度，加铺低模量的土工布，适当提高AC层的厚度等方法，能降低裂缝尖端的应力强度因子，从而达到阻碍反射裂缝开裂扩展的作用。     

旧水泥沥青加铺层路面结构温度场模拟及热力分析

为研究旧水泥路面加铺沥青层结构的温度变化对反射裂缝扩展的影响,基于热传导理论和断裂力学理论,运用ABAQUS软件建立非线性瞬态温度场模型,分析连续变温条件下的温度梯度及沥青加铺层反射裂缝扩展规律。研究结果表明:在全天变化中,沥青加铺层正负温度梯度交替出现,且变化幅度大,易诱发温度裂缝;连续变温条件下,剪切型应力强度因子随温度的变化平缓,温度变化非其形成的主因;但张开型应力强度因子随温度的变化显著;在沥青层降温收缩阶段,尤其在17:00~22:00时段,当降温幅度越大,温度越低,则张开型应力强度因子越大,越易引起沥青层开裂;裂缝长度越长,应力强度因子SIFs越大,尤其是张开型应力强度因子峰值,裂缝长度越长越易加速张开型裂缝扩展。     

格栅加筋路面结构荷载应力分析

道德根据复合材料结构分析原理，建立了合理的格栅加筋有裂缝路面结构的力学分析模型，其次，采用有限元主车流间隔为二阶编制了具有良好计算机精度的结构分析程序。     

高等级公路水泥混凝土路面断裂破坏原因分析

阐述了高等级公路水泥混凝土路面断裂破坏的类型,从干缩应力、温度应力及荷载应力几个方面分析了水泥混凝土路面产生断裂破坏的原因,最后从材料、施工及设计角度提出了防止及减少混凝土路面断裂破坏的一些措施。