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横向裂缝一般在路面建成2-7年出现,是沥青路面病害类型中发生多的早期形式,裂缝通常为贯通类和非贯通类两类裂缝,且随着路段通车时间和距近一次维修工程时间的增长,贯通类横向裂缝所占比例逐年增大,裂缝宽度通常大于3mm。引发横向裂缝的主要因素为温度的变化和基层裂缝的发展,概括为温缩裂缝和反射裂缝,其他因素如路基的不均匀沉陷以及刚性基层接缝也会产生横向裂缝。SDLUDINGJY-888
本文利用有限元ABAQUS来模拟灌封胶粘结界面在不同工况加载条件下的应力响应与失效情况。利用内聚力单元来描述灌缝胶粘结界面,通过灌缝胶材料在低温下的拉拔、剪切试验,分别获取了纯拉伸与纯剪切形势下灌缝胶界面上的张力位移曲线关系,并将灌缝胶粘结界面进行参数化。为了更为真实的模拟灌缝胶在路面中的实际受力状态,荷载采用子午线轮胎非均布荷载,考虑了路面面层材料和灌缝胶材料的粘弹特性,并通过剪切流变仪对灌缝胶材料进行了动态剪切试验,分别对路面面层材料及灌缝胶粘弹参数进行了拟合,终利用非均布荷载作用下的三维粘弹性路面结构模型了灌缝胶界面的动力学分析结果。
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温缩裂缝经常发生在冬季寒冷、昼夜温差较大的地区,如河北省的张家口地区,京张高速、宣大高速、张承高速和张石高速张家口段,沥青面层由于温度的骤降而发生收缩,由此产生温度应力,气温升高时面层又会再次,长期反复如此面层变会发生疲劳,出现横向裂缝。另外随着路面服务年限的增长,沥青混合料会逐渐老化,沥青的低温变形能力随之变差,横向裂缝也逐年增多。
即结构内部温度分布均匀,没有温度应力作用。结构内部温度场随着荷载步作用后,结构内部出现了随温度变化的温度应力场。极低温气候条件下灌缝胶粘结界面的响应为了方便分析极低温气候条件下灌缝胶粘结界面脱粘失效的不利情况,需先对三种开裂类型的控制应力在周期气候条件下出现不利的位置进行确定,下图a、b、c三种情况分别为I型开裂、II型开裂和III型开裂的不利位置。
反射裂缝是由基层产生的裂缝而发展到面层所引发的,裂缝开展的形式与基层基本一致,半刚性基层多为横向裂缝。在冬季结冰区,降水不能从路面及时进入基层,水分结冰后会发生冻胀作用,使混合料密实程度,当春季或夏季到来水分便会流失,如此反复的冻融循环便会产生裂缝。此外,新铺半刚性基层中含有较多的水分,水分完全失去时会产生干缩和干缩应力,由此发生开裂。
并没有人提及路面中灌缝胶-原路面界面在灌缝胶在多种作用下开裂失效的机理。在工程中常用断裂力学中的理论来研究材料或结构的裂纹开裂现象,有学者利用断裂力学的相关知识很好的解释了沥青路面的开裂问题,同时,结合有限元对路面开裂现象的萌生、发展进行了模拟与分析。因此,本文通过特定的界面模型来模拟灌缝胶-原路面的界面,并通过有限元数值模拟研究灌缝胶界面在实际工作下失效的机理。