文档介绍：东南大学
博士学位论文
基于粘弹性损伤理论的沥青路面车辙研究
姓名:张久鹏
申请学位级别:博士
专业:道路与铁道工程
指导教师:黄晓明
20081113
基于粘弹性损伤理论的沥青路面车辙研究摘要数目与试验温度、应力水平的关系。再次,结合非线性有限元的实现及求解方法和材料子程序开发的基本原理,采用常研究生:张久鹏导师:黄晓明教授车辙是沥青路面主要病害之一,严重影响路面行车安全和舒适性。而随着高速公路的迅速发展,研究沥青路面的车辙问题显得尤为重要,但是由于其研究涉及大量非线性固体力学理论而成为路面工程研究的难点之一。本文应用粘弹性损伤理论,研究在重载和高温条件下沥青路面车辙的产生机理及发展规律,主要工作包括以下几个方面:首先,在广泛、全面收集国内外相关研究文献的基础上,对现有的沥青混合料永久变形的各种式样方法的优缺点进行总结和评述,优选出单轴重复荷载永久变形试验进行沥青混合料永久变形的特性研究,进行了几种沥青混合料在不同温度和应力水平下的单轴重复荷载永久变形试验,分析了沥青混合料的永久应变、永久应变率等变化规律,明确了流动数,舻奈锢硪庖澹⑸钊胙芯苛肆鞫其次,综合运用粘弹性力学和损伤力学理论,同时引入应变硬化变量和损伤软化变量,建立了基于应变硬化理论的沥青混合料损伤蠕变模型,并将模型推广到多轴应力条件:再采用半正矢波间歇荷载模拟实际路面轮载作用,推导了重复荷载作用下沥青混合料永久变形的粘弹性损伤力学本构关系;根据室内重复荷载永久变形试验结果,运用最朔ㄔ恚玫搅苏车运鹕肆ρP偷相关参数,并对该模型进行了验证和深入分析。刚度的隐式积分广义中心法对本构方程进行迭代求解,编制了能够在有限元软件中调用的粘弹损伤力学模型子程序,并进行相关验证,为后续沥青路面车辙模拟提供了基础。最后,利用二次开发的材料子程序,以车辙有效温度确定的路面结构稳态温度场为基础,进行沥青路面车辙的有限元模拟和分析,并结合重载交通调查分析,进行重载沥青路面车辙分析,并对基于车辙等效的轴载换算指数进行初步探讨;针对选定的典型结构形式,采用数值方法,分析了路面温度随时间和结构深度的变化规律,在此基础上进行连续变温下沥青路面的车辙模拟分析;以江苏南京地区的多年统计平均气象条件为环境因素,利用变温车辙模拟计算方法,分析了不同温度场、不同接地压力下路面车辙的发展规律,并进行显著性分析,确定了影响路面车辙的显著因素,得到了考虑温度和轴载的日车辙预估模型,提出了在高温、重载条件下防止车辙迅速产生的预警方法及相应的防护措施。本文在沥青路面车辙分析方面所作的试验分析、本构关系到数值模拟等一系列研究,将促进沥青路面车辙的研究和发展,也为沥青路面设计考虑车辙因素提供了相应的理论和方法。关键词:沥青路面,车辙,重复荷载永久变形试验,粘弹性力学理论,损伤力学理论,本构关系,有限元,子程序,稳态温度场,瞬态温度场摘要
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日期:兀盒汀东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明研究生签名:本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布ǹ论文的全部或部分内容。论文的公布ǹ授权东南大学研究生院办理。
第一章绪论研究背景及意义由于重载车辆更多,变形以下面层最为严型。为了减少大都以中下面层为主的车辙,加强中面层的自沈大高速公路和沪嘉高速公路建成通车以来,我国高等级公路以前所未有的速度发展。截至年底,全国高速公路通车里程已经突破万公里。在高速公路中,沥青路面以其良好的性能受到世界各国的青昧。它作为一种无接缝的连续式路面,具有良好的力学强度、平整耐磨的表面、平稳舒适的行车性能、无扬尘、振动小、噪音低、施工期短以及养护维修简便等特点【,在现代高等级道路建设中得到了广泛的应用。但同时我国高速公路的早期损害也日益严重。方便快捷的运输方式,使得高速公路的交通量迅猛增长,超出了原设计交通量:而且重车增加,尤其货车超载现象越来越严重,车辆荷重远远超过了规范规定的标准轴载,使道路不堪重负。交通量激增和车辆荷载加大以及渠化交通运行,加上我国地域辽阔,气候条件差别大,优质的建筑材料