基于粘弹性和层间接触的桥面沥青铺装层响应分析

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1、分类号:O342,U41110710-2013012001博士学位论文基于粘弹性和层间接触的桥面沥青铺装层响应分析王勋涛导师姓名职称封建湖教授申请学位类别工学博士学科专业名称计算结构力学论文提交日期2018年3月日论文答辩日期2018年6月9日学位授予单位长安大学ResponseAnalysisofAsphaltConcretePavementforBridgeDeckBasedonViscoelasticModelandInterlaminarContactADissertationSubmittedfortheDegreeof

2、DoctorCandidate：WangXuntaoSupervisor：Prof.FengJianhuChang’anUniversity,Xi’an,China摘要沥青混凝土铺装层以其诸多优良性能成为我国公路桥梁工程中主要的桥面铺装形式，然而，在对沥青混凝土桥面铺装层进行力学响应分析时，通常会将沥青混凝土视为弹性材料，铺装层层间采用完全连续或者完全光滑两种极端假设，桥面铺装层温度场对沥青混凝土材料特性的影响以及沥青混凝土桥面铺装层层间的粘结方式的影响不容忽视，在温度和车辆荷载的作用下，导致沥青混凝土桥面铺装层早期出现裂缝、变形

3、、层间粘结失效等病害。因此，考虑桥梁上部结构温度场、沥青混凝土的材料属性以及铺装层层间的粘结条件进行沥青混凝土铺装层力学响应规律研究，对防止沥青混凝土的早期破坏、完善铺装层结构设计理论具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以箱梁桥沥青混凝土铺装层为研究对象，建立了桥梁上部结构及其沥青混凝土铺装层的有限元实体模型，系统地研究了桥面沥青混凝土铺装层的力学响应，主要研究工作有：（1）依据环境温度条件和桥梁结构热传递规律，运用ANSYS软件分析箱梁桥及其沥青混凝土铺装层的稳态温度场，结合铺装层温度调查结果，得到了沥青混凝土桥面铺装层的温度

4、分布规律。对沥青混凝土材料粘弹性的相关数据进行拟合和插值，获得了特定温度下Burgers模型中描述沥青混凝土粘弹性的性能参数，与已有文献结果进行对比分析，论证本文模型和所用粘弹性参数的合理性。提出铺装层层间粘结采用接触方式模拟这一思想，构建了铺装层层间接触粘结模型，层间应力传递遵循库伦摩擦规律，当层间粘结应力不足或消失时，荷载作用下层间会产生滑动，通过研究沥青混凝土材料属性和铺装层层间粘结方式对沥青混凝土铺装层应力和变形的影响，发现采用粘弹性理论和层间接触粘结模型分析沥青混凝土铺装层受力变形更趋合理。（2）基于材料粘弹性和铺装层层

5、间接触粘结模型，对车轮荷载作用下沥青混凝土层应力和位移随材料参数变化的规律进行了计算和分析，得出了沥青混凝土上面层、沥青混凝土下面层、防水层以及整平层等厚度变化时沥青混凝土层受力变形，揭示了防水层和整平层的弹性模量变化对沥青混凝土层应力和位移的影响规律；对荷载作用下铺装层层间接触状况变化时沥青混凝土层的力学响应规律进行了计算，分析了铺装层层间摩擦系数变化对沥青混凝土层应力和位移的影响特征，得到了沥青混凝土铺装层应力和层间滑动量随铺装层层间粘结应力变化时的规律，探讨了铺装层层间粘结失效时荷载作用位置、层间分离位置以及层间分离面积变化

6、时沥青混凝土层应力和位移的变化规律。I（3）采用粘弹性理论和铺装层层间接触粘结模型计算并分析了移动车辆荷载和随机动荷载作用下，沥青混凝土层在车辆速度变化以及层间粘结失效时沥青混凝土铺装层应力的变化规律，揭示了速度变化对沥青混凝土铺装层应力的影响规律，分析了铺装层层间存在粘结失效时沥青混凝土层应力随着车辆行驶速度变化和层间分离面积变化的规律。（4）根据正交试验设计方法安排试验方案，利用铺装层层间接触模型和多元回归方法研究并分析了沥青混凝土桥面铺装层的多个材料因素变化对铺装层应力的影响规律，建立了沥青混凝土层应力与材料因素之间的回归方

7、程，对回归方程和回归系数进行了显著性检验，得到的回归方程可以较好的预测沥青混凝土桥面铺装层的应力，同时获得了引起沥青混凝土铺装层应力变化的主要材料因素。关键词：桥面铺装层，沥青混凝土，温度场，粘弹性，层间接触，应力，竖向位移IIAbstractAsphaltconcretedeckpavementforitsexcellentperformancehasbecomethemaintypeofbridgedeckpavementtothehighwayengineeringinourcountry.However,inmechani

8、calresponseanalysisofasphaltconcretedeckpavement,asphaltconcretewasusuallyconsideredaselasticmaterial,andtwoextremeinterlaye