存在裂缝的沥青路面的受力特性.ppt

存在裂缝的沥青路面的受力特性
汇报人:LY 道铁
2018/2/20
1
2/20/2018
1
主要内容
研究背景
裂缝的分类及危害
有限元建模分析
交通荷载作用下路面参数分析
加筋延缓反射裂缝
小结
2/20/2018
2
一研究背景
问题的提出
当前,我国的公路建设正处于一个快速发展的阶段,就已开通的高等级公路的使用状况来看,普遍存在十分严重的早期破坏问题,特别是半刚性基层沥青路面的开裂问题。国内已建高速公路使用状况调查表明,不论是南方还是北方,通车后一年,最迟第二年均出现了大量裂缝,裂缝率高达640米/1000平方米,现场钻取芯样观察表明, 裂缝中有50%以上为半刚性基层开裂而导致的沥青面层开裂的反射裂缝。
近年来,路面结构开裂已成为半刚性基层沥青路面最严重的病害之一,而且由于交通量及载重的增加,在重载的反复作用下,路面开裂有越来越严重的趋势。一般而言,我国沥青路面随着区域的不同,大约在开放交通2-5年即产生比较严重的裂缝。
2/20/2018
3
裂缝的产生不仅影响行车的舒适性,更为重要的是,在行车荷载
和周期性变化环境温度的影响下,常常使得裂缝迅速向四周扩展,大
大缩短了沥青路面的使用寿命,沥青路面的开裂问题仍是高速公路沥
青路面建设中所面临的一大技术难题。
由于半刚性基层沥青路面的组成材料自身固有的特性,开裂几乎
不可避免。一般而言,在路面结构整个寿命周期内,大部分时间是带
裂缝工作的。而传统的沥青路面结构设计理论是将路面结构看作无
限大的弹性层状体系。而裂缝的出现,破坏了路面结构的连续性,路
面结构的受力特性将产生很大的改变,当荷载作用于靠近裂缝区域
时,路面结构的应力状况将有很大的不同。因此,研究含裂缝路面结
构的力学性能是十分必要的。
一研究背景
问题的提出
2/20/2018
4

国内外研究概况
一研究背景
随着力学与传统的疲劳强度理论的发展与推广应用,关于沥青类路面结
构破坏的研究开始进入了理论分析阶段。塑性力学在道路结构中的应用,
主要是确保结构的承载力,即利用材料的抗剪强度指标,运用塑性破坏理
论,分析道路结构层的屈服破坏,并在材料选择和结构设计上防止这类破
坏的出现。
随着传统的疲劳破坏理论的发展,人们认识到,路面的破坏是由于荷载在路面材料中引起的重复加载疲劳应力,超过了路面混合料的抗拉强度而发生的。美、英、德等国家,根据十多年的大量试验,相继进行了基于疲劳强度理论的设计上的重大变革,并且目前各国沥青类路面设计仍主要沿用这种疲劳强度理论思想。
在早期,人们主要基于不同类型数据的调查收集,经过数据整理分析、总结,提出经验性的公式与方法,计算或预测沥青类路面结构相应结构破坏的使用寿命。
2/20/2018
5
国内外研究概况
一研究背景
基于断裂力学的沥青路面破坏理论与应用
传统的疲劳强度理论没有考虑材料、结构内部先天存在的缺陷或因使用期内逐渐出现的缺陷对路面结构造成的不利影响,这种运用传统疲劳力学与方法对沥青路面结构进行的计算和分析结果与实际情况存在偏差。断裂力学是研究含裂缝的构件在各种环境下(包括荷载作用、温度变化、湿度化等)裂缝的平衡、扩展和失稳规律,以及其强度的一门学科,它在工程上的应用与发展,引起或即将引起有关结构设计的革命性变革。
基于动力学的沥青路面结构破坏理论
由于路面不平整、车速高、以及重载等原因,车辆荷载随时间和路表特性而变化,是典型的动力荷载。在动态荷载作用下,路面结构的应力状态同静态荷载作用下的应力状态将有很大的区别。
美国AASHTO对不同车速作用下的沥青路面和水泥路面变形量进行了实测,实测的结果显示:当车速增加的幅度很大时,路表弯沉有很大程度的减小。
2/20/2018
6
根据沥青路面开裂的主要原因,裂缝可以分为两大类,即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。荷载型裂缝,即主要由于交通荷载作用而产生的裂缝。非荷载型裂缝,即不是由于交通荷载引起的裂缝,主要为温度型裂缝。
按沥青面层裂缝开裂部位、裂缝开裂方式,路面体中的裂缝又可分为基层反射裂缝、表面裂缝。基层反射裂缝,即半刚性基层开裂后,在裂缝尖端产生应力集中,导致裂缝自下而上持续发展,直至贯通至路表面;表面裂缝表现为自上而下的开裂方式,一般为温缩型裂缝或在交通荷载的作用下,在轮载边缘产生较大的拉应力所产生的。
二裂缝的分类及危害
半刚性基层沥青路面裂缝的主要类型
2/20/2018
7
对沥青路面结构裂缝的类型进行划分是必要的。因为导致裂缝的
主要成因不同,预防和处置的相应措施也会有所区别。沙庆林院士在