温缩型反射裂缝的热粘弹性有限元分析

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1、第14卷第3期中国公路学报Vol,14N.-32001年7月ChinaJournalofHighwayandTransportJuly2001文盆组号:1001-7372(200003-0001-05温缩型反射裂缝的热粘弹性有限元分析郑健龙，关宏信(长沙交通学院道路与交通工程系，湖南长沙410076)摘要考虑了沥青混合料的热拈弹特性，运用增童迭代有限元方法，计算了在持续大幅降温条件下，开裂水泥混凝土路面上沥青革面层内温度应力场.同时探讨了土工格姗加筋位五、裂缝宽度、沥青层厚、降温速度、起始温度对应力的影响。关键词:热粘弹性;温度收缩;开裂;土工格

2、橱;有限元中图分类号:U416-217文献标识码:AAfiniteelementanalysisbasedonthermalviscoelasticitytheoryofreflectivecrackresultingfromlowtemperatureshrinkageZHENGJian-long,GUANHong-xin(DepartmentofRoadandTrafficEngineering,ChangshaCommunicationsUniversity.Changsha410076,China)Abstract:Thetemperat

3、ureshrinkagestressintheasphaltoverlayonthecrackedcementconcretepavementisanalysedthefinite-element-itrationmethodinthispaper.Andtheinfluenceofmanyfactors,suchasthelayinglocationofgeo-grid,thewidthofcrack,thethicknessofasphaltoverlay,thetemperaturefallingspeedandtheinitialtemp

4、erature,isdiscussed.Keywords:thermalviscoelasticity;temperatureshrinkage;pavementcracking;geo-grid;finiteelement大量研究表明Lt-']，低温条件下温度的周期性性理论，推导出了温度荷载作用下的二维粘弹性有变化是引起沥青路面早期开裂的主要原因，特别是限元格式，对路面结构的温度应力场进行了初步探旧路面上的沥青罩面层，由于原路面上已存在的裂讨，但工作不够全面。缝面随温度变化而产生的周期性张开一闭合运动所笔者采用松弛实验得到的不同温度下的沥青混引

5、起的明显的应力集中现象将使已存在的裂缝迅速合料的松弛函数作为沥青棍合料的本构关系，运用扩展至沥青面层，从而形成所谓的温缩型反射裂缝。热粘弹性方法对沥青罩面层在持续大幅降温时的温文献【习曾运用热弹性理论和断裂力学的方法对半度收缩应力进行了计算，并对变温速度、裂缝宽度、刚性基层沥青路面温缩型反射裂缝的开裂机理进行罩面层厚度及初始温度等因素进行了较全面的分了分析，并用光弹性试验进行了验证。文献[2〕进一析。此外，对于目前工程中普遍采用的格栅加筋防治步考虑了沥青混合料的弹性模量和温度收缩系数随反射裂缝的铺网位置亦进行了讨论。温度变化的非线性特征、对于已开

6、裂路面的应力场1力学模型和应力强度因子进行了计算。然而，这些工作均未考虑沥青混合料的粘弹性特征。因此，既忽略了温缩应笔者分析已开裂水泥混凝土路面上沥青罩面层力的松弛效应，也无法考虑变温速度的影响，与路面在大幅度持续降温情况下的应力，不考虑行车荷载的实际工作状况存在较大的差异。文献[5」引人粘弹的联合作用，计算模型见图1.收摘日栩2000-10-10若金项目国家自然科学荃金项目(59078321),湖南省自然科学基金项目(98DY3005)作者简介郑健龙(1954-)男，湖南邵阳人.长沙交通学院教授，工学硕士.万方数据中国公路学报2001年Ac.十

7、Be一3e(t(t'a'沥青罩山I1i1.GGE(t>t'{0.66(t/t')。IH水泥if}凝土路II'll{IIH水ih'.rA5F土路jai式中:厂为基准温度7'。下松弛函数从Burgers模型向无理函数变化时转化点的松弛模量;t'为松弛函图1计算模型数从Burgers模型向无理函数变化所需的松弛时间考虑到路面结构的实际工作状况，笔者假定:(s);D为一反映松弛速度的无量纲参数。(1)罩面层为均匀、各向同性的线粘弹性体，水泥混凝土层(看作基层)为均匀、各向同性的线弹性2计算方法体;由于热粘弹性材料的应力水平与时间和温度密(2)基层裂缝贯穿

8、整个基层厚度，并有一定宽切相关，笔者采用增量迭代法川来分析，即把荷载分度;成若干段，然后连贯地进行逐段分析处理，它的特点(3)任意时间段