基于动态模量的沥青路面开裂分析摘要:在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来考虑荷载作用频率和温度对沥青混合料力学性质的影响,采用移动荷载模式,利用断裂力学的方法分析了典型柔性基层沥青路面的开裂机理。研究表明:轮载经过裂缝1次,根据不同工况,可能在裂尖引起1个,2个或3个张开型应力强度因子()峰值。而剪切型应力强度因子()总有2个峰值,且大小相等,方向相反。分析了温度、行车速度及裂缝长度对裂尖应力强度因子及其作用频率的影响。当裂缝较短且温度较低时,裂缝扩展主要由引起。随着裂缝长度的增加和温度的升高,逐渐成为裂缝扩展的主要因素。关键词:应力强度因子;温度;行车速度;裂缝长度;移动荷载;动态模量主曲线:U416.217CrackingAnalysisofAsphaltPavementBasedonDynamicModulusZHAOYan-qing1,WANGGuo-zhong1,WANGZhi-chao1,TANYi-qiu2(1.SchoolofTransportationEngineering,DalianUnivofTechnology,Dalian,Liaoning116024,China;2.HarbinInstituteofTechnology,SchoolofTransportationScienceEngineering,Harbin,Heilong激ang150001,China)Abstract:Inthisstudy,dynamicmodulusmastercurvesandtime-temperatureshiftfactorsofasphaltmixtureswereincorporatedinfiniteelementmethodtotakeintoaccounttheeffectsofloadfrequencyandtemperatureonmechanicalpropertiesofasphaltmixtures.Bottom-upfatiguecrackingofatypicalasphaltpavementstructurewithflexiblebasesundermovingloadwasanalyzedusingfracturemechanics.Theresultsshowthatone,twoorthreepeaksoftensiletypestressintensityfactor()atthecracktipcouldbeinducedduringonepassageofwheelloadoverthecrackatvariousconditions,whiletwopeaksofsheartypestressintensityfactor()alwaysoccurwhichareequalinmagnitudebuthaveoppositedirections.Theeffectsoftemperature,vehiclespeedandcracklengthonstressintensityfactoranditsfrequencywereanalyzed.Itwasfoundthatcrackpropagationismainlycontrolledbyforpavementswithshortcracklengthandatlowtemperature,andgraduallybecomesthemaindrivingforceforcrackpropagationastemperatureandcracklengthincrease.Keywords:stressintensityfactor;temperature;vehiclespeed;cracklength;movingload;dynamicmodulusmastercurve引言我国目前普遍采用半刚性基层沥青路面结构形式。但由于半刚性基层自身在干缩和温缩的综合作用下会产生开裂,并逐渐反射到沥青层表面。随着水分进入裂缝,在行车荷载作用下会产生唧浆、脱空等病害,加速路面结构使用性能的恶化。鉴于这一情况,我国不少地区开始研究和应用柔性基层沥青路面。对于柔性基层沥青路面,在重复荷载作用下产生的疲劳开裂是其主要的病害形式之一。现场沥青路面结构中沥青混合料的力学性质受温度和行车速度的影响。沥青混合料力学性质的变化将影响路面结构中应力分布情况,进而影响沥青路面裂缝的产生和发展。我国目前的沥青路面设计方法中采用抗压回弹模量作为沥青混合料的基本力学参数[1],但抗压回弹模量不能很好的反映温度及行车速度对沥青混合料力学性质的影响[2],从而限制了分析的客观性。本文对典型的柔性基层沥青路面结构建立了有限元模型,利用沥青混合料动态模量主曲线和时间-温度位移因子来综合反映温度和行车速度对其力学参数的影响,根据断裂力学方法,分析了在随时间和空间变化的移动荷载作用下路面结构开裂机理,为更科学的进行路面结构分析和设计提供基础。1路面结构模型及参数本文对图1所示的路面结构进行分析,为提高分析效率,将路面结构近似为平面应变问题的四层连续体系[3]。在沥青层底存在一长度为a的裂缝。根据弹性断裂力学,在行车荷载作用下,裂缝尖端的应力场由下式确定[4]:(1)其中r、为以裂缝尖端为原点的极坐标;和分别为I型(张开型)和II型(剪切型)应力强度因子。应力强度因子表征了裂缝尖端应力场的强度,可以被看作为促使裂缝扩展的驱动力。由(1)式可知,在裂缝尖端,各应力分量具有奇异性,当r趋于0时,各应力分量均趋于无穷大。但事实上,在裂缝尖端总存在一个断裂进程区(Fracturepr...