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随着我国综合国力和交通运输的快速发展,城市交通量与日俱增,车辆轴载也越来越趋向重型化,半刚性基层沥青路面结构已不足以适应交通发展的要求。碾压混凝土基层与沥青混凝土面层复合式路面是一种既有别于刚性路面又有别于柔性路面的新型路面结构形式,作为高等级公路尤其是重载交通路段上的路面具有良好的发展前景。但是由于碾压混凝土基层板存在预切缝和原始裂缝缺陷,在温度荷载与交通荷载反复作用下,切缝或裂缝上方的沥青面层极易产生反射裂缝,导致路面结构破坏,因此有必要进行对预切缝碾压混凝土基层沥青路面在温度荷载和交通荷载共同作用下的受力特性分析,为预切缝碾压混凝土基层沥青路面结构设计提供理论数据支撑。
论文主要研究工作有:
(1)结合本研究所依托项目,利用ABAQUS软件建立了含预切缝的碾压混凝土基层沥青路面有限元模型,进行了路面结构在温度荷载和交通荷载下的受力特性分析,研究发现:预切缝处沥青层底位置1的最不利温度应力出现在冬季低温期,碾压混凝土基层板的最不利温度应力出现在夏季高温期;移动荷载的经过使预切缝处沥青层底位置1产生压应力,碾压混凝土基层板底产生拉应力,板顶产生压应力。在此基础上建立了不同碾压混凝土基层板预切缝间距的有限元模型,分析了预切缝间距对碾压混凝土基层沥青路面受力状态的影响,研究发现:随预切缝间距的增加,预切缝处沥青层底的温度拉应力、温度拉压交替幅度逐渐变小,而碾压混凝土基层板底和板顶的温度拉应力、拉压交替幅度逐渐变大,移动荷载的耦合作用没有改变这种规律,只是改变了拉应力和拉压交替幅度的数值。
(2)基于预切缝碾压混凝土基层沥青路面有限元模型,重点研究了沥青面层厚度、碾压混凝土基层厚度、碾压混凝土基层模量、预切缝深度、交通荷载等参数对路面结构的影响。研究发现:不同的参数对预切缝碾压混凝土基层沥青路面的受力状态均有一定的影响;预切缝处沥青层底位置1、碾压混凝土基层板底及板顶的拉应力和拉压交替幅度随面层厚度的增加逐渐变小,且上面层厚度的增加对这种减小程度的影响最大;碾压混凝土基层模量和基层厚度的增加对路面结构的受力有不利影响;车速的增加对路面结构的受力是有利的,轴重的增加会造成预切缝处沥青面层底部极大的拉压疲劳破坏,也会加剧基层板板底的开裂以及板顶的拉压疲劳破坏。
(3)根据我国不同地区的典型气温特征,分析对比了预切缝碾压混凝土基层沥青路面在高温地区、高寒地区、大温差地区的受力特性。研究发现:不同区域气温条件的不同,不仅会导致路面结构温度场及由此引起的路面结构温度应力场有所不同,而且导致最不利温度应力出现的时期也是有所不同的。
论文主要研究工作有:
(1)结合本研究所依托项目,利用ABAQUS软件建立了含预切缝的碾压混凝土基层沥青路面有限元模型,进行了路面结构在温度荷载和交通荷载下的受力特性分析,研究发现:预切缝处沥青层底位置1的最不利温度应力出现在冬季低温期,碾压混凝土基层板的最不利温度应力出现在夏季高温期;移动荷载的经过使预切缝处沥青层底位置1产生压应力,碾压混凝土基层板底产生拉应力,板顶产生压应力。在此基础上建立了不同碾压混凝土基层板预切缝间距的有限元模型,分析了预切缝间距对碾压混凝土基层沥青路面受力状态的影响,研究发现:随预切缝间距的增加,预切缝处沥青层底的温度拉应力、温度拉压交替幅度逐渐变小,而碾压混凝土基层板底和板顶的温度拉应力、拉压交替幅度逐渐变大,移动荷载的耦合作用没有改变这种规律,只是改变了拉应力和拉压交替幅度的数值。
(2)基于预切缝碾压混凝土基层沥青路面有限元模型,重点研究了沥青面层厚度、碾压混凝土基层厚度、碾压混凝土基层模量、预切缝深度、交通荷载等参数对路面结构的影响。研究发现:不同的参数对预切缝碾压混凝土基层沥青路面的受力状态均有一定的影响;预切缝处沥青层底位置1、碾压混凝土基层板底及板顶的拉应力和拉压交替幅度随面层厚度的增加逐渐变小,且上面层厚度的增加对这种减小程度的影响最大;碾压混凝土基层模量和基层厚度的增加对路面结构的受力有不利影响;车速的增加对路面结构的受力是有利的,轴重的增加会造成预切缝处沥青面层底部极大的拉压疲劳破坏,也会加剧基层板板底的开裂以及板顶的拉压疲劳破坏。
(3)根据我国不同地区的典型气温特征,分析对比了预切缝碾压混凝土基层沥青路面在高温地区、高寒地区、大温差地区的受力特性。研究发现:不同区域气温条件的不同,不仅会导致路面结构温度场及由此引起的路面结构温度应力场有所不同,而且导致最不利温度应力出现的时期也是有所不同的。