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.     

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.     

模量对反射裂缝应力强度因子影响分析

为了研究模量对反射裂缝应力强度因子的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了含反射裂缝的路面模型,分析了当路面各结构层模量变化时裂缝尖端应力强度因子的变化情况.计算表明:模量变化对反射裂缝应力强度因子影响较大,裂缝尖端应力强度因子随着面层各层位模量的增加而增大,随着基层各层位和土基模量的增加而降低.其中土基模量变化对裂缝尖端应力强度因子的影响最大.对于面层和基层各层位,距离裂缝越近,则其层位模量变化对应力强度因子的影响也越大.     

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.     

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.     

基于动态模量的含多裂缝沥青路面开裂分析

基于断裂力学基本理论,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时温转化因子确定行车速度下的沥青混合料力学性质,采用移动荷载模式,考虑行车速度、荷载及温度对含多裂纹的沥青路面结构进行动力特性分析。研究表明:移动荷载作用下的面层与基层两类裂缝尖端应力因子K1、K2值呈现正负交替的规律;较低的车速和荷载的增加都会加速裂缝的扩展;低温和高温工况下对路面结构都是不利的。面层低温和高温都是以张开型裂缝K1为主导因素,基层低温时以张开型裂缝K1为主导因素,而基层高温时以剪切型裂缝K2为主导因素。     

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.     

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。     

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.     

基层对层间连续路面应力强度因子影响的研究

应用权函数理论,推导出了层间完全连续路面裂缝的权函数和应力强度因子计算方法,并通过所编制的程序分析了层间连续沥青路面应力强度因子与基层参数的关系,分析表明：增加基层模量可以降低沥青层应力强度因子,但会增加基层应力强度因子;增加基层厚度可以降低沥青层和基层应力强度因子,但基层厚度大时对沥青层应力强度因子的影响较小,裂缝长度对应力强度因子影响较明显,增加胎压也会显著增加应力强度因子。     

基于结构韧性提升的超薄磨耗层层间处治设计

为提升超薄磨耗层的结构韧性和整体协同受力,提出一种“V”形开槽抗裂缝反射处治技术和特种不粘轮乳化沥青黏层组合的层间处治设计方案。通过室内复合试件的剪切试验和拉拔试验,对比分析了特种不粘轮乳化沥青的黏结效果,并使用法国Alize路面结构设计程序计算出了不同层间黏结状态下的路面结构使用寿命。通过有限元软件ABAQUS对路面结构进行了力学分析,验证“V”形开槽技术的抗裂缝反射效果。最终通过依托工程的现场实施和对比分析,验证采用该层间处治设计方案的实际使用效果。结果表明：特种不粘轮乳化沥青的层间黏结效果明显优于普通乳化沥青和改性乳化沥青,是一种性能优良的层间黏结材料,在最佳乳化沥青用量下,可分别延长使用寿命59.8%和34.8%;“V”形槽结构的槽底尖端形状可形成孔洞效应,能有效消减裂缝尖端应力集中,“V”形槽结构的应力强度因子K始终小于普通路面结构,说明“V”形开槽技术能够有效抑制动载作用下的裂缝扩展;从现场观测来看,采用“V”形开槽技术处治后的横向裂缝尚未发展到道路表面,而采用普通灌封工艺处理的横向裂缝已发展到道路表面,且整个试验段无其他病害产生,证明该层间处治设计方案使用效果良好,可有效...     

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.     

横观各向同性的半刚性基层沥青路面结构

为了分析土基和沥青面层材料的横观各向同性特性对半刚性基层沥青路面结构的影响,基于建立的横观各向同性沥青路面设计理论,运用编制的基于该理论解的路面结构分析程序ANISOLAYER,利用沥青面层及土基横观各向同性特性,对半刚性基层沥青路表(路表面)弯沉进行了研究。同时运用ANISOLAYER程序分析了在不同厚度沥青面层及不同半刚性基层弹性模量情况下,土基横观各向同性特性对路面结构关键性设计指标的影响(路表弯沉、半刚性基层底部拉应力及路基顶部压应变,沥青层底应变为压应变或较小的拉应变,故未考虑)。研究结果表明:无论是面层还是土基,其各向异性度(水平弹性模量与垂直弹性模量之比)对路表弯沉的影响曲线变化趋势是一致的;随着土基水平模量的增加,延长了路面的寿命;随着半刚性基层弹性模量的增大,土基水平模量的变化对路表弯沉及基层底部拉应力的敏感性将降低,对路基顶部压应变的敏感性更加显著,但其绝对值较小。     

冻融作用对环氧沥青混凝土复合梁抗裂性能的影响

在中国北方季节性冰冻地区,反复的冻融作用对环氧沥青混凝土的抗裂性能影响较大。本文分别对7组环氧沥青混凝土试件进行0到30次冻融作用,研究了冻融作用对弯曲劲度模量及复合梁平面应变断裂韧度（KIC）的影响,分析了不同冻融重复作用下带裂缝的复合梁发生裂缝扩展时的横向应力应变响应和层间粘结状况。研究结果表明:弯曲劲度模量随冻融循环作用的升高而降低;复合梁平面应变断裂韧度（KIC）、裂缝尖端最大横向拉应力/应变随着冻融重复作用的增加先降低后增高;不同冻融重复作用下带裂缝复合梁断裂不会发生在环氧沥青粘结层。     

沥青路面荷载型竖向反射裂缝疲劳断裂分析

根据疲劳断裂理论,分析了车辆荷载作用下半刚性基层开裂处沥青面层反射裂缝的形成机理,指出了在反射裂缝扩展过程中,荷载作用位置、层间结合状态、边界效应、材料参数等对应力强度因子的影响规律,并且建立了各结构参数下应力强度因子对裂缝扩展拟合参数的RBF(径向基函数)神经网络模型.最后,采用广义Paris公式,对路面剩余寿命进行了预估及分析.     

广义Paris公式预测沥青路面的疲劳寿命

重复作用的交通荷载可以在路面沥青混合料细微缺陷或裂缝的尖端造成应力集中并以复杂的形式自上而下扩展,最终导致路面的疲劳开裂破坏．本文应用断裂力学的原理探讨沥青路面疲劳寿命的预测方法．计算与分析表明：广义Paris公式可以考虑沥青路面结构内材料复杂的裂缝扩展;沥青面层的疲劳寿命随着面层厚度的增加以近似线性的幂函数的形式增加;另一方面,沥青面层的疲劳寿命随着面层材料模量的降低以负指数的幂函数的形式增加．