沥青路面结构受力机理分析

《沥青路面结构受力机理分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、东南大学硕士学位论文路面设计的主要任务就是确保其寿命期间不发生不可接受的损坏，这是不同设计方法的共同目标。试验(包括模型试验、模拟板试验和野外试验路)是一种有效地筛选、评价不同设计方法的途径，广为研究人员所采用。但由于试验本身的局限性(费时、费力、获得的数据少)，使得研究人员不可能大规模地进行类似试验。为此，工程人员需对试验数据进行适当地外延，并对各种方法的效果预先进行定性地评价。力学分析方法是一种简单、有效地分析工具，在指导试验设计、外延试验结果以及分析反射裂缝产生机理、防反措施选择等方面都有着重要作用，因此，选择合适的分析方

2、法来对沥青面层中的应力进行定量分析是十分必要的。在现阶段，大多采用多层弹性体系的解析方法，用解析的方法分析沥青路面有很大的局限性：首先，它必须假设材料为线弹性或一些非常简单的非线性，虽然人们可以通过大量的试验数据给出能够描述材料物理性质的复杂本构关系，但由于解析手段的限制，这些本构关系难以在路面的结构分析中使用；其次，解析方法把路面看作是在水平方向无限大的连续介质体，没有考虑路面的有限尺寸，而且不能分析路面上出现裂缝等几何不连续体对结构的力学特征的影响。利用最新有限元技术，可以突破上述限制，研究路面结构在重载作用(包括垂直荷载与

3、水平荷载)下的应力响应，分析层间接触状态的变化对路面结构应力响应的影响，以及研究沥青面层中裂缝的扩展机理和阻裂措施机理，这是本课题研究的主要内容。1．2国内外研究状况1．2．1沥青路面设计方法的发展路面设计总是以保证设计期／分析期内路面不发生过量损坏为目标的。为了达到这一目标，各国的道路工作者进行了不懈的努力和艰苦的探索，在不同时期产生了不同设计方法和设计思路。20世纪40年代初，Burmister首先提出了2层和3层弹性体在荷载作用下应力变形反应的理论解。尽管这些解受到层间接触条件的限制，分析结果只能以图表形式表达，并且这些研

4、究在大约15年以后才随着计算机的发展而得到广泛的应用，但这项研究引入了将路面结构看成多层弹性体的重要概念，形成了基于力学的路面分析和设计方法的基础，并一直应用到今天。Benkelman发明的弯沉仪第一次使我们能够快速定量地评价路面结构在缓慢移动的轮载作用下的反应，提供了了解将来路面性能变化的早期指标，并可以检验计算结果的正确性。同时，这项发明还提供了改善路面罩面设计的重要工具。经过长时间的研究，Hveem于1955年发表了“路面弯沉和疲劳损坏”的论文，这篇被Monismith誉为路面领域中最重要的论文阐述了路面弯沉和路面疲劳损坏

5、间的关系，对后来采用分析方法预测路面疲劳开裂的研究产生了非常重要的影响。AASHTO道路试验则提供了大量的第一手试验资料，而这些资料已成为后来判别路面研究结果合理性的依据。实际上，目前国际上有影响的分析设计方法大多与上述成果有关。目前的这些设计方法按照传统的方式被分为经验设计法和理论设计法(力学法)；前者的代表如CBR设计法、AASHTO设计法，后者的代表则如Shell设计法和AI设计法等。所谓经验设计法或理论设计法的分类是按照设计方程或主要设计参数的来源进行的。主要设计参数来自于试验和／或回归分析的设计方法被称为经验设计法，而

6、来自于力学计算的则称为理论设计法。表1．1对不同分析设计方法的特点进行了归纳。虽然运用弹性层状体系理论可以得到路面响应，但是从Burmister40年代提出这一套理2第一章绪论论至1962年举办第一次沥青路面结构设计国际会议期间，Burmister的理论并没有得到广泛的应用．许多道路工作者在1962年的第一次沥青路面结构设计会议上提出了各自的研究成果，这大大的推动了弹性层状体系理论在沥青路面设计理论研究的发展。Whiffin和L／stef，Skok和Finn指出了何种层状弹性分析能够用于路面破坏分析．以及PeaRie和Dorma

7、m提出一系列重要概念，成为Shell路面设计方法的基础。在1962年后和1967年的国际会议上，提出了许多关于弹性层状体系的应力和位移的一般解。随着计算机技术的迅速发展，这些研究成果先后被开发成了相应的计算机程序，如Shell公司的BISAR程序，Chevron研究所的CHEV程序，加卅l大学Berkeley分校的ELSYM程序，美国国家公路合作研究计划的PDMAP(OSAD)程序，美国联邦公路的CHEVIT程序，澳大利亚道路研究委员会的CIACLY程序。这些程序从初始版本到如今．有的已经经历了好几个更新版本，有的程序为了扩大影

8、响，推J“应用，已经公开发表了原程序，值得指出的是CHEVRON的研究者在1963年首次提出了5层体系的计算机解，尽管他们的研究报告未被公开发表，但是他们的研究成果对其他研究者的研究工作起了很大的推动作用。表1．1国外典型分析设计方法特点择要方法主要贡献主要缺陷