移动荷载下CRC+AC复合式路面结构的动力响应研究

摘要

刚柔复合式路面由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成，连续配筋混凝土复合式沥青路面（CRC+AC)作为一种由高强度CRC板与柔性的AC面层相结合的一种新型刚柔复合式路面结构，与连续配筋混凝土路面（CRCP）相比，其不仅具有整体强度高、耐久性好的特点，同时也具有行车舒适平顺，使用寿命长，极少需要养护且维修费用低等优点，从长期使用性能来看，经济性也很好，是我国重载交通下高速公路长寿命路面结构的发展方向之一。
　　文中利用有限元软件ABAQUS建立起带裂缝的连续配筋混凝土复合式沥青路面的三维有限元模型，目前关于路面结构力学响应的研究多建立在车辆为静态荷载的前提下，这与实际路面受力状况相差较大。为此本文通过编制的Vd load用户子程序来模拟车辆匀速运动情况；通过编制的Dload和Utractload用户子程序来施加移动的竖向荷载和移动的水平荷载，建立起路面制动模型。通过对不同车况下复合式路面结构的分析研究，得到以下主要结论：
　　在同静载时路面力学响应进行对比后，可以看出车辆匀速运动时路面弯沉受到的影响范围将更大；动载时路面结构内的最大钢筋应力、面层最大剪应力等小于静载下各对应值。通过深入分析了匀速移动荷载下该复合式结构的动力响应特性后，可以看出土基承受了大部分路面结构的弯沉；CRC+AC路面结构面层主要处于三向受压状态；CRC板和底基层结合处承受着最大的横向和水平拉应力；与CRCP路面相比，AC层为CRCP路面提供了必要的保护，并能降低动载下路面结构的动力响应。
　　本文第四章通过建立的刹车荷载下路面模型对车辆频繁制动的交叉口、收费站等路段进行了相关模拟，与匀速荷载下路面结构的动力响应对比后发现，随着水平荷载的增加，路面结构各动力响应指标都有所增加，其中路面结构的弯沉和垂直应力受到的影响相对较小，而路面水平剪应力和水平拉应力随着水平荷载的增加而增长得较快，同时钢筋应力受水平荷载的影响也较大。同时随着深度的增加，刹车荷载的影响也将逐渐减弱，其主要影响范围集中在AC层和CRC层。
　　以路表竖向位移、钢筋应力、AC层水平剪应力、CRC层和底基层水平拉应力为主要指标，就影响CRC+AC路面动力响应的主要影响因素分别进行模拟计算后发现，在相同配筋率时，小直径小间距的配筋方式能够更好地发挥路面结构的力学性能；所取各力学指标都随着裂缝宽度的增加而增大，其中钢筋应力受到的影响最大；所选力学指标同荷载大小基本成线性关系；对于路面结构来说，存在一个最佳AC层厚，当AC层过厚时AC层厚所起到的作用将减小，同时结构层间的水平拉应力会随着AC层厚的增加而变大；路表弯沉随着底基层模量的增加小幅减小，而随着土基模量的增加大幅减小；底基层最大水平拉应力随底基层模量的增大而增大，而随土基模量的增大而减小；行车速度CRC+AC复合式路面的动力响应影响显著，复合式路面结构的动力响应对车速存在一个临界速度，本章得到的临界速度在60km/h到100km/h之间，在临界速度两边，各动力响应的增减趋势相反。

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第1章 绪论

1. 1 研究背景与意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 本文主要研究内容

第2章 有限元基本理论及模型简介

2. 1 有限元基本理论介绍

2.2 ABAQUS简要介绍

2. 3 动态分析

2. 4 模型简介

2. 5 本章小结

第3章 移动荷载下CRC+AC路面结构应力分析

3. 1 计算模型

3. 2 计算指标选取

3. 3 静载和动载作用下力学响应对比

3. 4 匀速行驶状态下路面结构动力响应分析

3.5 AC层对CRCP的影响

3. 6 本章小结

第4章 刹车荷载下CRC+AC路面结构应力分析

4. 1 数值模型

4. 2 匀速和刹车状态下路面结构动力响应的对比分析

4.3 CRC+AC动力响应影响因素分析

4. 4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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