山区公路陡坡段水泥混凝土路面受力试验研究

摘要

在我国西部地区，多为高原和山脉地形，山区公路所占比重较大，这些路面所产生的早期破坏除设计、施工、养护及长期超负荷使用等诸多因素影响外还不得不面对纵坡较大、线形标准低的事实。因此，对山区陡坡上的混凝土路面进行荷载应力分析，将有利于正确的设计和施工，对保证其路面质量具有重要的意义。
　　 本文首先通过模拟不同纵坡工况下水泥混凝土路面的室内试验模型，选取路面板板角和板边中部两种典型位置进行加载，对比0％、6％、9％、12％纵坡条件下，水泥混凝土路面在静力荷载作用下拉应力的变化规律。经测试表明，随着坡度增加，最大拉应力呈减小趋势变化。
　　 其次，对板角加载时板顶表面产生的最大拉应力与板边中部加载时板底产生的最大拉应力进行对比，结果表明，对于陡坡段水泥路面，板边中部荷位下路面板产生的最大拉应力要大于在板角位置所产生的最大拉应力，故采用现行规范以板边中部为临界荷位对陡坡路面进行设计是可行的。
　　 然后，通过ANSYS有限元软件建立力学分析模型，采用三维有限元方法分析不同纵坡条件下路面结构在标准轴载作用下板底最大拉应力、层间最大剪应力的变化规律。经理论计算值与现场试验结果对比发现，拉应力随道路纵坡的增大而减小，剪应力随道路纵坡的增大而增加，其中每增加3％的纵坡，板底拉应力减少约1.5％，层间剪应力增加约6.5％。因此，引起陡坡地段路面产生提前破坏的主要因素为层间剪应力。
　　 最后，对影响陡坡水泥路面应力变化因素进行分析，考察了面层和基层厚度、基层和地基回弹模量对拉应力和层间剪应力的影响，提出了防止层间剪应力过大的合理建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外相关研究概况

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3主要研究内容及技术路线

1.3.1研究内容及目标

1.3.2研究技术路线

第二章水泥混凝土路面结构计算理论

2.1概述

2.2水泥混凝土路面的荷载应力分析

2.2.1早期的荷载应力计算方法

2.2.2弹性薄板理论

2.2.3温克勒地基板的荷载应力分析

2.3陡坡混凝土路面的受力分析

2.3.1车辆对路面的作用

2.3.2车轮对路面的作用

2.3.3集中荷载作用下陡坡混凝土路面的受力分析

2.4小结

第三章陡坡段混凝土路面的静载试验

3.1概述

3.2陡坡混凝土路面模型设计

3.3模型的施工

3.3.1原材料的物理力学性能

3.3.2土基

3.3.3基层

3.3.4水泥混凝土面层

3.4土基与基层顶面当量回弹模量的测试与分析

3.4.1测试方法

3.4.2测试结果与分析

3.5陡坡混凝土路面模型的应力测试与分析

3.5.1测试方法

3.5.2荷载作用于板边中部处的应力测试结果及分析

3.5.3荷载作用于板角隅处的应力测试结果及分析

3.6小结

第四章陡坡混凝土路面受力状况的有限元分析

4.1概述

4.2水泥混凝土路面有限元分析原理

4.2.1板单元的节点位移和形函数

4.2.2板单元的内力矩阵

4.2.3板单元的刚度矩阵

4.2.4板单元的等效节点荷载列阵

4.3陡坡路面板的荷载应力分析

4.3.1有限元分析模型的建立

4.3.2荷载作用在板边中部处路面板的应力分析

4.3.3荷载作用在板角处路面板的应力分析

4.3.4两种荷载位置下的应力对比分析

4.4陡坡水泥混凝土路面应力的影响因素分析

4.4.1面层厚度h1的影响

4.4.2基层厚度h2的影响

4.4.3基层回弹模量E1的影响

4.4.4地基回弹模量E0的影响

4.5小结

第五章结论与展望

5.1主要结论

5.2有待进一步研究的问题

致 谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果