基于半刚性基层沥青路面温度场和温度应力数值模拟的研究

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1、安徽理工大学硕士学位论文基于半刚性基层沥青路面温度场和温度应力数值模拟的研究姓名：胡鸿燕申请学位级别：硕士专业：土木工程指导教师：徐颖20070425摘要摘要路面结构完全暴露在自然环境中，经受着持续变化的大气影响，如太阳辐射、天空辐射及外界气温的影响。太阳辐射与天空辐射的一部分从路表面被反射，余下的部分被吸收并转为热能。这部分热能与外界气温相叠加，因此蓄积了可观的路表温度，产生热传导作用，使温度沿路面厚度向较低处传导。表面温度在一天内不断变化，使路面结构内部产生了不稳定热流。从力学上分析，由于路面结构内的不稳定热流，路面结构的每一部分都将随着温度的升高或降低而趋于膨胀

2、或收缩，但由于层状路面结构各部分的相互约束，这种变形不能自由发生，于是就产生了温度应力，当温度应力超过路面结构材料的抗拉强度时，沥青路面就开裂；从材料学上分析，半刚性基层沥青路面对温度十分敏感，沥青混合料的强度、劲度以及温缩性能等都随着温度的变化而变化。由于这种非线性关系，使得半刚性基层沥青路面温度场和温度应力的分析变得相当复杂。道路使用的长期实践使人们逐渐认识到路面温度状况会对路面结构的强度和使用效果带来很大影响。为准确细致的研究淮南地区半刚性基层沥青路面开裂问题，首先应确定淮南路面结构的温度场和温度应力，最直接的手段是广泛地进行路面实地观测，这种实测工作必须对淮南

3、范围内有代表性的地区进行。这项工作需要耗费大量的人力、物力和时间。而且即便是全年进行这种实测，遇到极端温度的可能性也很小。因此，本文首先搜集回顾了大量国内外相关文献和研究成果，尤其对沥青路面温缩裂缝类早期破损的现象和机理识别进行了详细的研究和总结。根据路面结构所处的地区和位置，借助已有的标准气象资料，在传热学和气象学的基本原理上，利用ANSYS有限元软件计算出道路结构实际温度场，进而计算沥青路面的温度应力；其间将温度作为沥青路面的荷载，在一个或多个循环周期典型气候条件下进行有限元数值分析，得到路面结构内应力的同变化规律和分布状态，为开裂分析提供了可靠的基础数据：从建立

4、更符合实际情况的理论体系和计算方法入手，系统分析沥青路面的力学行为与各影响因素之间的定量关系，以期对沥青路面使用寿命提供较准确的预测。该研究对提高沥青路面结构抗裂性能，适时采取抗裂措施，改进现有的路面设计方法都有非常重要的意义。图30表18参65关键词：沥青路面；开裂破坏：温度场；温度应力；数值模拟分类号：U416．217；摘要AbstractThepavementstructurecompletelyexposesinthenaturalenvironment．Itbearstheinfluenceofatmosphere，whichcontinueschangin

5、g，likesolarradiation，skyradiationandambienttemperature．Thesolarradiationandtheskyradiationarepartiallyreflectedfromtheroadsurface；therestisabsorbedandtransferredintoheat．Thisheatandtheambienttemperaturesuperimposeandaccumulatelargeamountonroadsurface，whichleadstoheatconductioneffectthat

6、makestheheatspreadfromllightemperaturetolowalongthethickness．Thesurfacetemperaturekeepschangingintheday，whichcausesinstableheatcurrentininnerroadsurface．Frommechanicsanalyzing，becauseoftheinstableheatcurrentinsidethepavement，eachpartofthepavementwillexpandorcontractwiththetemperatureget

7、tinghighorlow．Butbecauseofreciprocalbondofeachpartofthelayeredpavement，thisdeformationCannotproceedfreely，SO，theheatstressappears，whenitexceedthetensilestrengthofthematerialsusedintheroadsurface，theasphaltpavementwillcrack．Fromtheanalysisofmaterialscience，thebasicsemirigidaspha