热膨胀系数对刚性路面面板设计的影响分析

摘要

水泥混凝土路面具有刚度大、扩散荷载能力强;强度高、疲劳寿命长;平整度衰减慢、能维持较长时间的高平整度等优点，是高等级路面结构的主要形式之一，近些年来被广泛应用，特别是低等级公路、工矿道路和机场跑道，水泥混凝土路面的应用更加普遍，截止到2012年底，我国水泥混凝土路面公路里程约占公路总里程的39％。但水泥混凝土路面面层板边缘的过早破坏、面层开裂、横缝错台等病害一直困扰着道路工程界。研究中发现:水泥混凝土的热膨胀系数对于水泥混凝土路面结构设计有一定的影响。但是目前大多数研究主要是分析热膨胀系数值的影响因素，对热膨胀系数如何影响水泥混凝土路面结构设计的研究很少。笔者主要针对热膨胀系数对水泥混凝土路面结构设计的影响进行了分析探讨。
　　为了研究热膨胀系数对水泥混凝土路面结构设计的影响，根据我国水泥混凝土路面设计标准方法和美国力学经验设计法，分别采用相应的路面设计软件计算了热膨胀系数对水泥混凝土面层板厚度设计的影响，分析其原因，由于设计标准不同，热膨胀系数对路面厚度设计的影响存在显著差异。我国水泥混凝土路面设计中，热膨胀系数只直接影响温度应力，而美国力学经验设计法，更多地考虑了热膨胀系数对接缝传荷能力以及板角翘曲变形的影响。据此，根据我国规范以及有限元软件数值模拟分析了热膨胀系数对面层板温度应力的影响，同时采用美国力学经验设计法分析了热膨胀系数对水泥混凝土路面横向开裂率以及横缝错台量的影响。并提出了接缝传荷能力预测模型以及水泥混凝土路面疲劳应力计算新思路。
　　结果表明:(1)热膨胀系数对水泥混凝土面层板温度疲劳应力的影响很大，热膨胀系数每增加1×10-6/℃时，温度疲劳应力都会增加10％以上，甚至达到59％。(2)热膨胀系数对水泥混凝土面层板横缝错台量以及横向开裂率的影响都非常大，热膨胀系数每增加1×10-6/℃，横缝错台量增加65％，横向开裂率可以增加400％。(3)热膨胀系数对接缝传荷能力以及板角翘曲变形的影响会直接改变水泥混凝土路面设计厚度。
　　因此，在我国水泥混凝土路面设计中要充分考虑热膨胀系数对温度疲劳应力、接缝传荷能力以及板角温度翘曲变形的影响，优化接缝传荷能力预测模型，改进温度疲劳应力计算方法，并建立适合我国状况的公路水泥混凝土热膨胀系数值试验规程，这可以有效减少水泥混凝土路面病害，为水泥混凝土路面的进一步优化提供参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究的目的

1．1．3 研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文的主要研究内容

1．4 论文技术路线

2 国内外刚性路面设计方法对比

2．1 国内刚性路面设计方法介绍

2．1．1 设计标准

2．1．2 行车荷载疲劳应力计算

2．1．3 温度疲劳应力计算

2．2 国外刚性路面典型设计方法介绍

2．2．1 设计指标

2．2．2 设计标准

2．2．3 各项指标的计算方法

2．3 我国标准计算CTE对面层板厚度设计的影响

2．3．1 使用软件介绍

2．3．2 参数选择

2．3．3 水泥混凝土面层板厚度变化情况

2．4 美国标准计算CTE对面层板厚度设计的影响

2．4．1 使用软件介绍

2．4．2 参数选择

2．4．3 水泥混凝土面层板的厚度变化情况

2．5 本章小结

3 CTE对水泥混凝土板温度应力的影响分析

3．1 依据现行规范分析CTE对温度应力的影响

3．1．1 简化CTE与最大温度应力的函数关系

3．1．2 简化CTE与温度疲劳应力的函数关系

3．2 运用有限元软件分析CIF对温度应力的影响

3．2．1 温度应力有限元模型的建立

3．2．2 温度应力随CTE值的变化分析

3．3 本章小结

4 CTE对横向开裂率的影响

4．1 分析CTE对横向开裂率的影响

4．1．1 水泥混凝土板横向开裂机理

4．1．2 CTE在计算横向开裂率中的作用

4．1．3 CTE对疲劳损坏的影响分析

4．2 运用软件计算CTE对横向开裂率的影响

4．2．1 参数选择

4．2．2 计算结果

4．2．3 结果分析

4．3 本章小结

5 CTE对横缝错台量的影响

5．1 分析CTE对横缝错台量的影响

5．1．1 水泥混凝土板错台产生机理

5．1．2 CTE在计算横缝错台量中的作用

5．2 运用软件计算GTE对横缝错台量的影响

5．2．1 参数选择

5．2．2 计算结果

5．2．3 结果分析

5．3 本章小结

6 路面板设计优化建议

6．1 接缝传荷能力模型

6．2 路面板应力计算建议

6．3 小结

7 结论与展望

7．1 结论与建议

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

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