【摘 要】
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我国已成为世界上隧道拥有量最多的国家之一,目前依然没有专门的规范或指南来指导人们进行隧道路面的设计,只能套用公路沥青路面设计规范或城市道路设计规范。人们对一般路基段半刚性基层沥青路面的研究较多,但对隧道内半刚性基层沥青路面的研究较少。对此,本文通过对比分析路面半刚性基层在无横向裂缝和有横向贯通裂缝下以及路面结构在对称荷载和偏荷载作用下的力学响应和疲劳寿命,应用ABAQUS软件建立基层有横向贯通裂缝
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我国已成为世界上隧道拥有量最多的国家之一,目前依然没有专门的规范或指南来指导人们进行隧道路面的设计,只能套用公路沥青路面设计规范或城市道路设计规范。人们对一般路基段半刚性基层沥青路面的研究较多,但对隧道内半刚性基层沥青路面的研究较少。对此,本文通过对比分析路面半刚性基层在无横向裂缝和有横向贯通裂缝下以及路面结构在对称荷载和偏荷载作用下的力学响应和疲劳寿命,应用ABAQUS软件建立基层有横向贯通裂缝的隧道半刚性基层沥青路面三维有限元模型;施加偏荷载条件下,分析了仅垂直荷载作用下及水平荷载和垂直荷载共同作用下路面结构的力学响应及其影响因素;通过对比隧道内与一般路基段半刚性基层沥青路面力学响应,结合《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017),提出了隧道内半刚性基层(预设横向贯通裂缝)沥青路面设计控制指标。本文主要结论如下:(1)提出沥青层最大拉应变为疲劳破坏控制指标,其力学响应为沿行车方向拉应变;保持规范建议的沥青混合料层永久变形量指标,其力学响应为竖向压应力;提出沥青层最大剪应力为剪切破坏控制指标,其力学响应为剪应力;基层层底拉应力非控制性指标。(2)沿行车方向拉应变的最不利横向位置应取轮胎正下方(A点),在竖向位置上不应取沥青层底,而应根据具体结构组合进行具体确定。沿行车方向拉应变最大值及其出现深度位置的影响因素敏感性排序:沥青层厚度>沥青层模量>基层模量≈基层厚度。(3)仅垂直荷载作用下,剪应力(S12及S23)最大值的竖向位置位于面层内而非层底,横向位置位于轮胎边缘处。水平荷载和垂直荷载共同作用下剪应力(S23)最大值位于面层顶部,剪应力(S12)最大值位于面层内,其值影响因素敏感性排序:沥青层厚度>基层模量≈沥青层模量>基层厚度。(4)仅垂直荷载作用下各结构的剪切型应力强度因子(K_Ⅱ)均大于张开型应力强度因子(K_Ⅰ);而在水平荷载和垂直荷载共同作用下各结构的张开型应力强度因子(K_Ⅰ)均大于剪切型应力强度因子(K_Ⅱ)。(5)由于沥青层内最大拉应变显著大于沥青层底拉应变,从而导致沥青层内的疲劳寿命远小于沥青层底的疲劳寿命。沥青层疲劳开裂寿命影响因素敏感性排序:基层模量>面层模量≈面层厚度>基层厚度。基层模量越大、基层厚度越厚、沥青面层模量越小对沥青面层疲劳开裂寿命越有利。(6)应用MATLAB软件基于BP神经网络原理,建立了控制指标与结构参数及材料参数的关系模型。
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