重载交通条件下水泥混凝土路面底部脱空破坏机理研究

摘要

随着我国交通运输的快速发展，重载交通条件下的路面结构的破坏机理研究是目前交通工程界研究的热点问题之一。水泥混凝土路面板板底脱空破坏是水泥混凝土路面的主要病害之一。在重载交通荷载的作用下，水泥混凝土路面往往达不到设计使用年限就出现了脱空、断板、角裂等破坏现象，严重影响了行车舒适性与道路交通安全。因此，对水泥混凝土路面板板底脱空及破坏机理展开深入的研究具有重要的理论意义和现实的工程价值。
　　 本文以重载交通条件下水泥混凝土路面板板底脱空破坏为研究对象，通过对有典型重载交通特性的淮南地区省道S308的交通车载状况调查与分析，运用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，展开重载条件下水泥混凝土路面底部脱空及破坏机理研究。
　　 首先，通过对S308省道凤台段的调查分析，获得了该路段路面结构参数以及路面破坏的主要特点和表现形式。通过对该路段进行交通量调查，获得了S308省道凤台段轴载谱。通过调查分析，认为现有路面结构设计不足以满足当前的重载交通的要求，重载交通是造成该路段严重破坏的主要原因。
　　 其次，运用大型有限元工程分析软件建立了水泥混凝土路基路面结构的三维有限元力学分析模型，对重载交通条件下含软弱区层状水泥混凝土路基路面弹性状态下的受力状态进行数值模拟，得到了不同软弱区面积和不同软弱区填充材料弹性模量时，随着胎压的增加混凝土路面板的受力变化趋势。
　　 再次，对重载交通条件下层状路面局部脱空形成过程进行了数值模拟，重现了水泥混凝土路面板下有软弱区时，路面板下局部脱空的形成过程，得到了在不同胎压作用下，荷载分别为板中、板边和板角时，随着循环次数的增加混凝土板底脱空尺寸的变化规律。与相对应的水泥混凝土路面局部脱空形成的相似试验结果比较，验证了数值模拟结果的正确性，为研究水泥混凝土路面破坏机理和该种路面结构路基处理不均匀性对路面破坏的影响提供了一种有效的验算方法。
　　 最后，模拟了重载交通条件下，水泥混凝土板随着循环荷载作用的损伤过程，并得到了不同胎压和不同荷载频率作用下，随着循环次数的增加水泥混凝土板的损伤特点，并得出了水泥混凝土板损伤具有随机性的结论。