沥青混凝土+连续配筋水泥混凝土复合式路面结构的力学分析

摘要

近十多年来，我国高速公路事业发展迅速，截至2004年全国高速公路通车里程接近3万公里，居世界第二位。随着交通量的日益增长，重载、超载现象严重，很多沥青混凝土路面和水泥混凝土路面在使用数年后都出现了人量病害，使得高速公路提前进入大规模的养护维修期。因此，迫切需要服务水平更高的长寿命路面米满足这种需求。沥青混凝士面层+连续配筋水泥混凝土(AC+CRCP)复合式路面，以CRCP层作为承重层，用沥青混合料面层改善路面服务性能。该复合式路面能否作为一种较好的长寿命路面进行推广和应用，尚缺乏理论依据和技术支持。 本文在大量查阅国内外相关技术资料及研究成果的基础上，利用相应的数学理论和有限元方法，针对该复合式路面的力学性能进行了深入的研究。 首先，广泛查阅国内外相关文献，参考已有的计算模型，应用有限元方法进行了大量的试算，对如何确定计算模型进行了讨论，主要包括各层单元类型的选取和地基尺寸的确定，最终建立了CRCP的三维有限元计算模型。 然后，利用所建有限元模型，对CRCP的荷载应力和温度翘曲应力进行了计算分析。得出了横向裂缝间距、配筋率(钢筋直径和间距)，路面板厚度、路面宽度、粘结刚度系数等结构参数对CRCP路面荷载应力、温度应力的影响，得到两种应力的变化发展规律。 接着，在CRCP路面力学性能分析的基础上，讨论了AC+CRCP复合式路面的结构受力特性。主要内容包括：沥青混合料面层模量及厚度对路面承载力的影响、复合式路面承受超载的性能评价、考虑水平荷载作用的层间剪应力分析，以及沥青混凝土罩面层反射裂缝疲劳寿命的计算等。研究结果表明，较薄的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能；较厚的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场，使得该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。 最后，应用正交试验设计方法，分析比较了AC+CRCP复合式路面结构组合各因素对其力学性能的影响，并根据有限元计算结果，线性回归得出了荷载应力、温度翘曲应力以及裂缝宽度的计算公式，对该复合式路面的结构设计进行了初步探讨。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3研究目的与意义

1.4研究内容与技术路线

第二章CRCP有限元模型的建立

2.1有限单元法概述

2.2有限单元法基本理论

2.2.1结构静力分析

2.2.2温度应力分析

2.3有限元模型计算参数

2.4地基尺寸的确定

2.5路面板单元的选取

2.6钢筋混凝士粘结单元的确定

2.7有限元模型的确定

第三章CRCP荷载应力分析

3.1计算模型及参数

3.2路面结构参数分析

3.2.1路面板宽度变化的影响

3.2.2裂缝间距变化的影响

3.2.3钢筋对路面荷载应力的影响

3.2.4钢筋位置对路面板最大拉应力的影响

3.2.5配筋率对路面板最大拉应力的影响

3.2.6板厚变化对路面荷载应力的影响

3.2.7粘结刚度系数对路面荷载应力的影响

3.3 本章小结

第四章CRCP温度应力分析

4.1 CRCP温缩应力分析

4.1.1路面板宽对温缩应力的影响

4.1.2裂缝间距对温缩应力的影响

4.1.3粘结刚度系数对温缩应力的影响

4.1.4钢筋直径对温缩应力的影响

4.1.5温缩应力小结

4.2 CRCP翘曲应力分析

4.2.1纵筋与自重对温度翘曲应力的影响

4.2.2裂缝间距对温度翘曲应力的影响

4.2.3粘结刚度系数对温度翘曲应力的影响

4.2.4钢筋直径对温度翘曲应力的影响

4.2.5钢筋间距对温度翘曲应力的影响

4.2.6路面板厚对温度翘曲应力的影响

4.2.7路面板宽度对温度翘曲应力的影响

4.2.8温度梯度对温度翘曲应力的影响

4.2.9 CRCP温度翘曲应力分析小结

第五章复合式路面力学性能研究

5.1复合式路面承载力分析

5.1.1综合应力分析

5.1.2疲劳应力分析

5.1.3层间剪应力分析

5.2荷载型反射裂缝疲劳寿命分析

5.2.1复合式路面反射裂缝产生机理

5.2.2反射裂缝疲劳扩展模型

5.2.3反射裂缝疲劳寿命主要影响因素分析

5.3本章小结

第六章复合式路面结构设计探讨

6.1正交试验设计方法

6.2路面结构组合分析

6.2.1荷载应力指标

6.2.2温度应力指标

6.2.3裂缝宽度指标

6.3公式回归

6.3.1多元线性回归方法

6.3.2荷载应力回归公式

6.3.3温度应力回归公式

6.3.4裂缝宽度回归公式

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1研究结论

7.2需要进一步研究的问题

致谢

参考文献