温度和轴载作用下水泥混凝土路面板应力分析

摘要

温度对于路面结构的承载能力和使用性能都有重要的影响，温度应力的存在会使混凝土路面板产生温度变形，使路面板出现脱空等现象，加速水泥混凝土板的损坏。因此，正确地模拟水泥混凝土路面温度场的分布特性和变化规律，分析水泥混凝土路面在温度和轴载作用下的力学响应具有重要意义。本文利用有限元软Everfe2.25，模拟水泥混凝土路面在线性温度梯度和非线性温度梯度，以及轴载作用下的板的应力响应。为分析不同程度非线性温度梯度对板的应力响应引入了非线性温度分布指数，得到的研究结果如下：
　　（1）水泥混凝土路面在线性温度梯度荷载单独作用时：当路面结构仅有面层和地基两层体系时，各参数对混凝土路面温度应力的影响规律和温度应力的理论解基本吻合；当路面结构为面层、基层和地基三层体系时，设置基层可以有效减小水泥混凝土路面的温度应力，层间接触对温度应力的影响远大于基层模量和厚度的影响；面层基层完全光滑时温度应力最小，完全粘结时温度应力最大。
　　（2）考虑水泥混凝土路面温度场的非线性分布时，以线性温度梯度解析方法计算板非线性温度应力，正温度梯度时应力偏大，负温度梯度时应力偏小，非线性温度梯度对板变形的影响和线性温度梯度基本相同。负非线性温度梯度分布时：随着板厚和板弹性模量的增加，非线性温度梯度对板顶的应力影响增大；增加地基反应模量可以减小非线性温度梯度影响。并通过大量数据回归分析得出负温度梯度时板顶下最大应力计算公式。
　　（3）当温度梯度和轴载共同作用时，路面结构仅有地基和面层两层结构组成，温度梯度为负时，共同作用的耦合应力小于温度梯度单独作用时的应力峰值；温度梯度为正，耦合应力比温度梯度和轴载单独作用时的应力峰值都要大，但比二者应力峰值叠加值要小。正温度梯度和轴载共同作用时，轴载作用在板长边中点时为最不利荷载。当路面结构为面层、基层和地基三层结构体系时，基层和面层完全光滑时，正温度梯度和轴载共同作用的耦合应力比正温度梯度和轴载单独作用时的应力峰值叠加值大。

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第1章 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状及意义

1.3主要研究内容

第2章 Everfe软件简介和材料参数选择

2.1三维有限元模型

2.2模型参数范围选择

2.3本章小结

第3章 线性温度梯度作用下水泥混凝土路面板温度应力分析

3.1路面温度梯度

3.2温度应力解析解

3.3单层板温度应力分析

3.4基层对板温度应力的影响

3.5本章小结

第4章 非线性温度梯度作用下水泥混凝土路面力学分析

4.1非线性温度场对板应力变形的影响

4.2不同程度负温度梯度对板应力影响

4.3参数敏感性分析

4.4负非线性温度应力拟合计算式

4.5本章小结

第5章 温度荷载和车辆荷载共同作用下板的应力响应

5.1轴载与温度荷载共同作用时板应力分析

5.2参数影响分析

5.3考虑基层的影响时

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目