沥青路面温度应力裂缝粘弹性有限元分析

沥青路面基层材料的温缩和干缩是沥青路面产生反射裂缝的主要原因之一,在引进粘弹性模型模拟裂缝尖端应力应变场的基础上,编制了粘弹性有限元程序进行裂缝尖端的应力应变分析,并对粘弹性理论与线弹性理论有限元程序温度应力的计算进行了对比研究.     

异向性岩石之裂缝传播分析

为分析异向性岩体之断裂力学性质,以异向性线弹性理论配合材料基本解(Green’s Function)、边界积分方程式及裂缝尖端模式为理论基础,借以Fortran语言撰写成BEM分析程序,其可成功的分析等向性及异向性材料之裂缝尖端应力强度因子等相关问题。为检验数值分析结果之可靠度,并与异向性岩石实验之结果进行比对,其分析之比较结果非常吻合,且可成功地求得混合模态载重下多裂缝尖端之应力强度因子。并藉最大张应力理论求解初始开裂角度进而模拟裂缝传播路径,发现其裂缝传播路径亦受材料异向性程度不同及裂缝的几何形式而有显著的影响。     

软土地基上含反射裂缝沥青道路的动力响应分析

假定车辆荷载为正弦均匀分布,软土和复合地基变形行为服从DRUCKER-PRAGER弹塑性屈服准则,基于动力学、线弹性断裂力学和弹塑性力学理论,采用平面应变有限单元法,对含反射裂缝的沥青路面结构进行了分析。为了计算应力强度因子,在裂缝尖端设置了奇异单元。分析过程中,以路表、基层底、软土地基顶最大竖向位移和I型应力强度因子作为表征参量,探讨了车辆单周期动荷载作用下,道路结构的阻尼比、复合地基的回弹模量、粘聚力、内摩擦角和厚度的改变对道路结构工作性状的影响。     

温度荷载下沥青路面裂缝扩展的数值模拟研究

基于线弹性断裂力学的有限元法,分析了沥青路面开裂以后的温度应力及裂缝在温度作用下的扩展规律,对裂缝尖端的应力强度因子及其与路面温度分布和路面材料特性参数之间的关系进行了数值分析。分析结果表明,在沥青路面的抗裂设计中,合理设计沥青面层的厚度和优选温缩性小的路面材料是提高沥青路面抗裂性能的两个重要方面。     

半刚性基层沥青路面温缩型反射裂缝的扩展机理分析

通过对半刚性基层在温度应力作用下裂缝扩展机理的分析,以线弹性断裂力学理论和有限单元方法为基础、利用ANSYS计算软件,研究了产生反射裂缝的力学机理,分析了各参数对含裂纹路面结构的应力场以及裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明,得出裂纹尖端的应力集中是导致裂缝向上扩展的根本原因,降低基层材料的弹性模量能抑制或延缓基层裂缝的扩展;当裂缝已经反射到面层后,降低面层材料的弹性模量也可以起到抑制或延缓基层裂缝的扩展;同时,外界环境和路面结构对裂缝的扩展亦有较大的影响,应根据当地的气候条件合理地设计沥青面层和基层的厚度,以保证路面结构具有预期设计的抗裂性。为防止或减少反射性裂缝有重要的参考价值。     

机场复合道面反射裂缝的力学分析

基于弹性断裂力学理论和平面应变假设,应用ABAQUS有限元软件建立了不同深度反射裂缝在不同位置荷载作用下的复合道面有限元模型,分析了不同沥青面层裂缝深度以及不同荷载作用位置对复合道面应力和裂缝尖端应力强度因子的影响,并对A型荷载、B型荷载和C型荷载3种荷载位置在不同裂缝深度的计算结果进行了对比分析。研究结果表明:最大应力随裂缝深度的增加而增加,说明裂缝深度对沥青面层的最大应力有较大的影响;荷载作用位置不同时,沥青面层裂缝中最大应力值相差较大,说明荷载作用位置对沥青面层的最大应力有较大的影响;随着裂缝深度的增大,应力强度因子KI不断增大,说明裂缝的扩展主要受KI的控制;荷载位置不同时,应力强度因子KI值变化较大,说明荷载位置对KI影响显著,且A型荷载影响最大,B型荷载影响次之,C型荷载影响最小。     

钢桥面沥青铺装层裂缝病害分析

为更准确地反映钢桥面沥青铺装层的裂缝尖端应力场特性及认识其扩展规律,以断裂力学为基础,研究了钢桥面沥青混凝土铺装层裂缝的形成及扩展机理。提出采用20节点等参单元、裂缝奇异单元,建立了铺装层线弹性断裂力学有限元模型,通过裂缝尖端应力强度因子的计算,研究了钢桥面沥青铺装层破坏情况对裂缝扩展的影响。研究表明,裂缝扩展的形式和速率受到铺装层开裂的长度和深度影响,应在其扩展到最不利情况前及时修补。     

透水沥青面层裂缝扩展的动水压力影响分析

水和行车荷载共同作用下,沥青路面结构内部将产生动水压力。为了解随荷载作用变化的动水压力对透水沥青路面结构内部初始裂缝扩展的影响,基于ABAQUS有限元方法和线弹性断裂力学原理,引入裂纹尖端奇异单元,考虑不同的初始裂缝长度,对水和行车荷载共同作用下透水沥青路面结构内部裂缝尖端附近应力场和位移场进行分析,计算相应的张拉型和剪切型应力强度因子。结果表明:水的存在改变了透水沥青路面结构内部的应力场,对荷载作用下沥青面层裂缝的张拉型和剪切型扩展有一定的影响,但由于透水沥青路面结构具有良好的排水性能,可以有效地缓解动水压力对沥青面层已有裂缝的劈裂作用。     

半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝影响因素分析

借助ABAQUS有限元计算平台,应用断裂力学理论,综合分析半刚性基层沥青路面反射裂缝影响因素及影响程度,并对分析结果进行极差分析。结果表明,沥青层模量对半刚性基层沥青路面反射裂缝尖端应力强度因子影响程度最大,增大沥青层模量将显著增加裂缝尖端应力强度因子;基层-土基层间粘结状况对反射裂缝尖端应力强度因子的影响仅次于沥青层模量;半刚性基层及土基模量对反射裂缝尖端应力强度因子影响最小。因此,在采用高模量沥青层增加沥青路面结构抗永久变形能力同时,应注意其对半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的不良影响。     

基于应力吸收层的冷再生加铺层耦合应力分析

利用线弹性力学原理建立路面结构三维模型,分析了沥青混凝土冷再生加铺层结构的荷载—温度耦合应力,总结出了在三种不同裂缝情况下冷再生加铺层结构各层应力随结构参数变化的规律。在此基础上采用有限元法建立路面结构三维模型,分析结果为泡沫冷再生基层能够有效的阻止反射裂缝的蔓延,设置应力吸收层后对减小面层剪应力、层底拉应力、基层拉应变和基础顶面压应变意义重大,使大修后的冷再生路面结构更具有柔性及耐疲劳性能,因此能够抑制和延缓裂缝反射到加铺层顶所需的时间,从而在很大程度上延长了路面的使用寿命。     

半刚性基层沥青路面反射裂缝形成试验及扩展机理研究

基于应变水平进行道路结构起裂层位预估并应用断裂力学理论阐述裂缝形成及扩展原因,采用室内试验测试沥青路面各结构层的极限弯拉应变,研究荷载作用下半刚性基层沥青路面裂缝形成及扩展机理。在试验路段的各层位布设XYJ-2型应变传感器,监测道路结构的应变规律。结果表明:土基回弹模量较低时,原始开裂点在基层及底基层发生;裂缝尖端的应力强度因子均高于材料的断裂韧度,原始裂缝将会由于荷载作用而持续扩张,直至形成贯通裂缝。     

空间梁单元显式切线刚度矩阵推导

在开展桥梁、房屋、网壳、网架等杆系结构几何非线性分析或极限承载力计算时,需要空间梁单元的切线刚度矩阵。基于非线性问题的一般平衡方程和空间梁单元的非线性几何方程,推导应力应变一般线弹性关系下的空间梁单元显式切线刚度矩阵,该刚度矩阵中包含了由初应力和初应变产生的初应力刚度矩阵,为空间有限元程序的编制奠定了基础。     

交通荷载作用下玻纤格栅对反射裂缝扩展的影响

为研究交通荷载作用下玻纤格栅对沥青路面反射裂缝扩展的影响,采用ABAQUS有限元软件建立含有反射裂缝的半刚性基层沥青路面结构二维模型,对裂缝尖端的应力强度因子进行计算分析,比较铺设玻纤格栅前后路面面层内裂缝尖端应力强度因子,并分析反射裂缝扩展速率随裂缝长度和面层模量、厚度等的变化。结果表明,促进反射裂缝发展的最不利荷载方式是偏载;设置玻纤格栅后,裂缝尖端剪切型应力强度因子降低41.7%,玻纤格栅可起到延缓裂缝扩展的作用;反射裂缝的扩展速率随着裂缝长度和面层模量的增大而增大,随着面层厚度的增大而减小。     

基于数值模拟的半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展路径分析

为了深入研究半刚性基层沥青路面反射裂缝的破损机理,应用离散元软件建立了半刚性基层复合结构模型,计算分析了裂缝尖端处的应力场,研究了在荷载作用下沥青路面裂缝的扩展规律,以及集料及空隙等沥青混合料细观结构因素对反射裂缝扩展路径的影响机理。结果表明:随着加载次数增加,裂缝尖端处应力降低,应变增加,黏结刚度下降,黏结损伤逐渐累积致使裂缝开展;规则对称的粗集料裂缝扩展会围绕集料对称地向上开裂,形状及相对位置不对称的集料反射裂缝会趋向于从损伤速率较快的一侧向上开裂;空隙会加剧裂缝尖端处的应力集中,裂缝会趋于向着空隙开展。     

半刚性基层温缩裂缝的扩展机理分析

以热弹性力学理论为基础，采用偏微分方程组的边值理论和二维奇异积分方程理论，对半刚性路面中基层已产生贯穿厚度的裂缝时的温度应力场进行了研究，得到了裂缝尖端应力强度因子的理论解，并以此对半刚性基层温缩裂缝的扩展机理进行了定量分析。     

非均布移动荷载下含表面裂缝路面结构应力响应

采用移动加载的动载模型,考虑轮胎花纹形式,选用非均布轮胎荷载模式,建立三维有限元路面结构模型分析了非均布移动荷载作用下含表面纵向和横向裂缝路面结构的应力响应,以探求移动荷载作用下表面裂缝的开裂机理.采用空间有限元——时间差分法对问题进行数值求解.分析过程中对裂缝尖端网格局部进行加密处理,并用位移法求取裂缝尖端的应力强度...     

考虑循环荷载的高速公路路面复合型裂缝动力分析

基于动力学与断裂力学理论,利用有限元ABAQUS对G6京藏高速公路兰海段含多裂缝的典型路段进行动态疲劳破坏机理分析.以应力强度因子为表征参量,探究以红层泥岩土作为特殊路基填料时,各层间裂缝在循环荷载作用下的动力响应,分析裂缝尖端应力的发展规律.结果 表明:各层间裂缝的发展可归纳为迅速发展和稳定扩展两个阶段,裂缝尖端至顶面的应力传递效应明显;红层泥岩土的刚度衰减效应对于应力强度因子的发展存在催化作用.     

半刚性基层裂缝稳定性相关因素研究

利用线弹性断裂力学理论和有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,并且通过线性回归分析,建立相关因素与对应裂纹尖端应力强度因子的数学模型,指出随着裂纹长度的增加、面层厚度的增大、基层模量的增长,应力强度因子是增大的,随着面层模量的增加,应力强度因子是降低的.提出适当增加面层厚度以及适当降低基层模量,是延长路面使用寿命行之有效的措施.     

桥面铺装层裂缝区积水冰胀应力特性分析

为分析冰胀作用对桥面铺装层的破坏规律,利用有限元软件ABAQUS,基于平面模型模拟分析桥面结构层裂缝内部积水结冰膨胀对桥面表面及结构内部应力的影响。结果表明,在裂缝尖端区水平拉应力最大,拉应力随裂缝长度的增加而加剧;裂缝内冰胀力引起的铺装层表面竖向位移很小;当裂缝长度较大时,冰胀对层间有挤压作用;冰胀作用主要引起裂缝尖端的应力集中,导致裂缝扩展贯通。     

行车荷载下半刚性基层沥青路面结构响应及参数分析

文中将车辆荷载分为正向荷载和偏向荷载2种,并利用ABAQUS有限元软件建立基层含裂缝的沥青路面结构,重点对行车荷载下基层反射裂缝受力特性及其对参数敏感性进行分析,得到以下结论:正荷载和偏荷载作用下在路基面层裂缝位置处拉剪应力均发生突变,正荷载作用下基层反射裂缝因受压而不会扩展,而偏荷载是影响基层裂缝扩展的主要因素;正荷载下裂缝尖端的正应力及偏荷载下的裂缝尖端的正剪应力随着面层厚度和面层模量的增加而增大,随着基层模量的增加其应力减小;正偏荷载下的裂缝尖端张开型应力强度因子随面层厚度和面层模量的增加而增大,而随基层模量的增加而减小;偏荷载下的裂缝尖端剪切型应力强度因子随面层厚度和基层模量的增加而减小,随面层模量的增加而缓慢增加。