以冲断为极限破坏状态的连续配筋水泥混凝土路面设计方法研究

摘要

连续配筋水泥混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement，CRCP)是在纵向连续配置足够数量的钢筋，施工时不设接缝的一种高性能混凝土路面结构。以其显著的优点，在交通运输日益大流量、重型化的发展趋势下，应用前景十分广阔。因此，对于CRCP设计方法的研究具有深刻的意义。
　　 现有试验路数据表明Punchout是CRCP的主要破坏形式。对其发生过程和机理分析，认为Punchout是荷载应力和温度应力综合作用下的纵向疲劳开裂，其产生的主要原因为小的横向裂缝间距、裂缝处的传荷能力降低、板底出现脱空和重复作用的车辆荷载。
　　 应用ABAQUS有限元软件，建立了考虑裂缝传荷能力的有限元模型，详细分析了荷载作用下CRCP路面结构参数对路面结构力学响应和传荷系数的影响（裂缝边缘中部和板角位置）。确定裂缝宽度为影响CRCP裂缝传荷能力的主要因素，板厚、基层厚度和土基强度的影响不大。
　　 对CRCP在单轴双轮标准轴载作用下的竖向位移进行分析，认为小板条板边为最可能出现脱空的位置。建立考虑板底脱空的三维有限元模型，分析不同脱空尺寸下CRCP的荷载应力，得出了脱空尺寸对荷载应力的影响规律。对影响脱空状态下荷载应力的各参数进行了敏感性分析。
　　 采用正交设计和多元统计回归分析的方法，给出了包括板厚、脱空尺寸、裂缝宽度、基层厚度、基层模量、地基反应模量和混凝土模量的荷载应力计算公式。借助变荷载重复作用下混凝土的疲劳方程，推导出荷载疲劳应力计算公式。
　　 综合以上分析，给出了以Punchout为极限破坏状态的CRCP设计方法，给出了设计流程图和设计实例。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外应用概况

1．2．1 国外应用概况

1．2．2 国内应用概况

1．3 国内外研究现状

1．3．1 连续配筋混凝土路面设计方法

1．3．2 裂缝传荷能力研究

1．3．3 脱空路面的荷载应力研究

1．4 连续配筋混凝土路面冲断(Punchout)病害

1．4．1 Punchout发生过程

1．4．2 Punchout影响因素

1．5 本文研究内容及技术路线

第二章 连续配筋混凝土路面裂缝传荷能力分析

2．1 裂缝传荷能力分析理论

2．1．1 裂缝的传荷能力机理

2．1．2 裂缝的传荷能力的表征指标

2．1．3 裂缝传荷作用分析

2．2 考虑裂缝传荷能力的CRCP路面结构有限元模型

2．2．1 钢筋与混凝土之间的界面

2．2．2 裂缝传荷作用模拟

2．2．3 车辆荷载

2．2．4 地基模型

2．2．5 路面结构

2．2．6 材料参数

2．3 模型验证

2．4 裂缝传荷能力影响因素分析

2．4．1 板厚对路面结构响应和裂缝传荷能力的影响

2．4．2 基层厚度对路面结构响应和裂缝传荷能力的影响

2．4．3 地基反应模量对路面结构响应和裂缝传荷能力的影响

2．4．4 裂缝宽度对结构响应和传荷能力的影响

2．5 本章小结

第三章 连续配筋混凝土路面脱空状态下的荷载应力分析

3．1 脱空机理

3．2 CRCP板底脱空分析

3．2．1 CRCP板竖向位移影响

3．2．2 车辆轮迹横向分布

3．2．3 基层冲刷

3．2．4 板底脱空的基本形式

3．2．5 CRCP板底脱空预估

3．3 板底脱空状态的荷载应力分析

3．3．1 考虑脱空的CRCP路面结构有限元模型

3．3．2 脱空假定

3．3．3 计算结果分析

3．4 脱空状态下荷载应力参数影响分析

3．4．1 板厚对脱空状态下荷载应力的影响

3．4．2 混凝土模量对脱空状态下荷载应力的影响

3．4．3 基层厚度对脱空状态下荷载应力的影响

3．4．4 基层模量对脱空状态下荷载应力的影响

3．4．5 传荷能力对脱空状态下荷载应力的影响

3．5 本章小结

第四章 考虑板底脱空荷载应力研究

4．1 正交设计方法

4．1．1 正交设计方法基本概念

4．1．2 正交表选择

4．1．3 正交试验的数据处理方法

4．2 多元统计回归分析方法

4．2．1 多元线性回归的参数估计

4．2．2 回归模型的检验方法

4．3 荷载应力公式回归

4．3．1 单变量单因素回归

4．3．2 单变量多因素回归

4．4 考虑脱空的荷载疲劳应力研究

4．4．1 变荷载重复作用下混凝土疲劳性能

4．4．2 考虑脱空的疲劳应力分析

4．5 本章小结

第五章 连续配筋混凝土路面设计方法研究

5．1 连续配筋路面破坏现象

5．2 连续配筋路面结构设计参数

5．3 连续配筋路面结构设计指标

5．4 连续配筋路面结构设计指标标准

5．5 连续配筋路面结构设计步骤

5．6 设计实例

5．6．1 现有规范设计方法

5．6．2 本文设计方法

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献