全厚式沥青路面结构粘弹性疲劳损伤过程研究

运用粘弹性疲劳损伤力学分析全厚式沥青路面结构，不仅可以计算路面结构使用寿命，且可以分析在整个使用阶段每一时刻路面结构所处的力学状况，从而实时地掌握路面的实际状态。.通过试验确定合适的沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型；基于该模型建立沥青路面结构粘弹性疲劳损伤过程理论解；运用ABAQUS软件及开发的包含粘弹性疲劳损伤模型材料子程序，分别分析全厚式沥青路面在车辆荷载与温变荷载下的疲劳损伤演化过程，得出路面结构内各力学量随着时间与空间的演化规律，并通过室内模拟实验进行对比分析，从而全面掌握沥青路面结构在运营过程中，各结构部位所处的力学状态。.研究结果将为全厚式沥青路面的设计、施工、养护以及长期性能的预测提供理论依据。

首先依据基于Chaboche非线性疲劳损伤模型推导的矩形截面梁的应力、应变、损伤度以及疲劳寿命等之间的关系以及相关试验结果，确定了沥青混合料的疲劳损伤演化方程指数，分析了疲劳损伤演化规律和疲劳寿命。其次利用有限元与疲劳损伤理论分析出疲劳损伤有限元实现方法，并利用ABAQUS有限元软件、FORTRAN程序语言和疲劳损伤分析流程图，编制了考虑疲劳损伤的材料子程序，实现了全耦合的疲劳损伤有限元分析。接着利用疲劳损伤有限元方法分别基于两种不同疲劳损伤模型分析了交通荷载下沥青路面结构的疲劳损伤行为，即损伤度在路面结构内的空间分布与随时间的演化规律、水平正应力与水平正应变在路面结构内的空间分布与随时间的演化规律、路表弯沉随时间改变的规律，以及路面结构参数与接触条件对损伤度、水平正应力、路表弯沉的影响。同时基于损伤度的概念确定了沥青路面在车辆荷载下的裂纹形成疲劳寿命以及结构参数与接触条件等对裂纹形成疲劳寿命的影响。分析过程中对两种模型的计算结果进行了比较，发现非线性模型更能体现路面结构的损伤演化过程。然后利用疲劳损伤有限元方法分别基于两种不同疲劳损伤模型分析了温度荷载下沥青路面面层结构的疲劳损伤行为，即损伤度的分布与演化规律、水平正应力的分布与演化规律，以及面层结构参数与温度参数对相关量的影响。并基于损伤度的概念分析了温度荷载作用下沥青面层裂纹形成疲劳寿命，以及面层结构参数与温度参数对裂纹形成疲劳寿命的影响。分析过程中对两种分析模型的计算结果进行了比较。