[博士]交通荷载下沥青类路面疲劳损伤开裂研究

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内容简介

　　[博士]交通荷载下沥青类路面疲劳损伤开裂研究　　学科专业:道路与铁道工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：中南大学　　学位年度：2003　　 疲劳开裂是沥青类路面住要为半刚性基层沥青路面与水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层结构)的主要破坏形式。其实质是沥青结构层在交通荷载循环作用下内部逐渐出现损伤劣化形成宏观裂缝的过程。传统的疲劳力学只能反映结构层出现疲劳裂缝前的阶段。而对于半刚性基层反射裂缝和旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层接缝(裂缝)开裂，研究发现，沥青结构层的疲劳寿命主要为裂缝扩展阶段的寿命，此时不应采用传统的疲劳力学进行研究和结构层设计，而应采越疲劳破坏力学(疲劳断裂力学和疲劳损伤力学)理论与方法。作为一门新兴的破坏力学学科分支，疲劳损伤力学能全面地反映材料和结构出现疲劳裂缝和裂缝发展过程。应用疲劳损伤力学理论与方法研究沥青类路面疲劳破坏，有助于揭示沥青类路面疲劳破坏机制和各类抗裂措施(如加筋)的抗裂机理，在此基础上提出相应的抗裂设计方法。本文应用疲劳损伤力学理论与方法对沥青混合料的疲劳损伤特性、沥青类路荡疲劳破坏以及!弃水泥混凝土路滩沥青混凝土疲劳寿命预测进行了系统的研究。　　 本文第一部分，针对沥青混合料的疲劳损伤特性建立合理的疲劳损伤模型和提出实用有效的计算方法。　　 首先直接采用一种常用的疲劳损伤演化模型和经典损伤理论，分别对直接拉伸、悬臂梁弯曲、梁式试件三点弯曲和APA往返轮载等多种疲劳试验开展疲劳损伤分析，针对每类试验均建立了相应的疲劳损伤模型和疲劳损伤计算方法。将疲劳损伤分析结果与相应的疲劳试验结果(主要为疲劳寿命)进行对比，论证了所提出的沥青混合料疲劳损伤模型的合理性和有效性，并得到相应的沥青混合料疲劳损伤特性参数。关于直接拉伸、悬臂梁弯曲、三点弯曲和往返轮载(APA)等疲劳试验的试件所开展的疲劳损伤分析发现，试验方法不同，其疲劳损伤破坏规律不娜。主要表现在疲劳裂缝起裂阶段和扩展阶段的疲劳寿命各自在试件总疲劳寿命中所占比重不同。尽管如此，不论对哪种疲劳试验，其试释疲劳裂缝扩攫主要表现为稳定扩展，可以运用Paris公式描述疲劳裂纹扩展阶段，并利用疲劳损伤数值模拟计算结果和裂缝扩展过程中的应力强度因子回归了疲劳裂缝扩展速率公式中的疲劳断裂参数。

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