特重荷载交通作用下重型水泥混凝土路面结构研究

摘要

特重荷载交通是指运输特定的货物,具有特殊使用要求,车辆轴载超过一定限度的交通,如核电机组,发电机转子和定子、化工合成塔等不可拆卸且载荷超大的货物。未经加固的现有水泥混凝土路面在特重荷载交通的作用下,会产生各种各样的破坏,如唧泥、错台和断裂等。研究特重荷载交通的特性,分析水泥混凝土板的应力分布,对防治特重荷载交通道路各种病害,提高道路使用性能,延长道路使用寿命意义重大。
　　本文通过分析特重荷载交通的特性,提出了特重荷载交通的定义,并给出特重荷载交通轴载界限公式。研究内容分为三个部分:
　　1)分析了水泥混凝土路面早期破坏的原因,针对特重荷载交通的特性,指出特重荷载交通路面独特的破坏模式。特重荷载交通对冲刷破坏和磨耗破坏有加速和加剧的作用。冲刷破坏是引起断板的最主要原因,它与断板破坏相辅相成,相互促进,进而引起路面横向裂缝,纵向裂缝和网裂的产生。
　　2)考虑到特重荷载交通轴多轴重的特点,用有限元进行分析,同时考虑混凝土板应力分布情况和挠度的控制两个方面,确定板最不利荷载位置;同时利用有限元分析不同板厚和地基基顶回弹模量下混凝土板的应力变化规律。特重荷载交通可分为集中型荷载和密集型荷载两种型式,集中型荷载和密集型荷载的最不利荷载位置均位于角隅处,而集中型荷载在同等情况下比密集型荷载引起的板底拉应力大。
　　3)混凝土板厚的增加对降低板底拉应力效果明显,而增加地基基顶当量回弹模量对于降低板底拉应力效果不明显。增加板厚,选用强度较好,较强抗冲刷能力的地基能较好地降低混凝土板底拉应力,延长特重荷载交通混凝土路面使用寿命。通过有限元分析,得出特重荷载交通作用下的混凝土板的合理厚度为0.42-0.50米。
　　4)分析了特重荷载作用下重型水泥混凝土路面的温度应力影响,并总结出长宽不同组合路面板的温度应力规律。普通混凝土薄板当长度在6米左右时温度应力最大,而特重荷载交通水泥混凝土板温度应力随板长和板宽的增加而线性增加,本文分析后得出其合理板块尺寸范围为:长4-5米,宽3.5-4米。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.1.1 大件公路运输行业发展现状和前景

1.1.2 大件公路运输现存的问题

1.1.3 特重荷载交通与大件公路运输的异同

1.2 刚性路面国内外研究现状及意义

1.2.1 美国刚性路面设计简述

1.2.2 俄罗斯刚性路面设计简述

1.2.3 日本刚性路面设计简述

1.2.4 我国刚性路面设计方法

1.3 主要研究内容

第2章 特重荷载交通特性及路面损坏机理

2.1 特重荷载交通界定及其特性

2.1.1 《道路大型物件运输管理办法》对大型物件的规定

2.1.2 特重荷载交通与特重交通的区别

2.1.3 特重荷载交通的界定

2.1.4 特重荷载交通特性

2.2 特重荷载交通路面早期损坏因素与模式分析

2.2.1 早期破坏因素与形式

2.2.2 混凝土板早期断裂模式

2.3 本章小结

第3章 特重荷载交通水泥混凝土路面荷载应力分析

3.1 设计理论和分析方法

3.2 有限元计算模型

3.2.1 水泥混凝土路面板有限元模型

3.2.2 弹性地基模型

3.2.3 水泥混凝土路面的典型结构

3.2.4 荷载的施加

3.2.5 单元的选取及约束条件

3.3 水泥混凝土面板应力与挠度分析

3.3.1 水泥混凝土板最不利荷载位置分析

3.3.2 水泥混凝土板内应力与板厚关系分析

3.3.3 基顶回弹模量对水泥混凝土板内应力的影响

3.3.4 板厚、地基强度对水泥混凝土板应力的影响

3.4 本章小结

第4章 特重荷载交通水泥混凝土路面温度应力分析

4.1 设计理论和分析方法

4.1.1 Westergaard—Bradbury公式

4.1.2 最大温度应力

4.2 混凝土板温度应力数值计算分析

4.2.1 参数选定

4.2.2 数值计算

4.2.3 结论分析

4.3 本章小结

第5章 总结

5.1 本文的主要结论

5.2 进一步研究设想

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目