基于细观尺寸受损路面混凝土疲劳寿命预测研究

摘要

水泥混凝土路面是我国公路重要组成部分，然而随着混凝土路面通车里程的增加，早期疲劳开裂现象越来越明显，主要原因是混凝土宏观疲劳引发细观结构损伤，而细观损伤累积导致混凝土路面发生宏观疲劳开裂。所以通过研究路面混凝土细观损伤，准确预估剩余疲劳寿命，提前做好防护措施，对于延长水泥混凝土路面使用寿命有着非常重要的意义。本文通过研究混凝土路面疲劳损伤演化机理，借助有效应力重分布效应，引入损伤变量因子，运用基于唯象学连续介质损伤理论，考虑多级不同应力水平下循环加载累积损伤作用，给出路面损伤量确定方法，建立考虑细观损伤的路面混凝土疲劳模型，预估路面混凝土疲劳寿命，完善混凝土路面设计，推动混凝土路面的发展。主要研究结论如下：
　　（1）通过对混凝土损伤本构模型的分析，得出选取Kachanov损伤模型更适用于混凝土细观损伤疲劳模型的研究。总结混凝土疲劳累积损伤理论，选用Miner准则可以较好的确定混凝土路面的损伤量。
　　（2）通过研究混凝土疲劳损伤演化机理，基于混凝土材料应力跌落与有效应力重分布机制，得出疲劳过程中有效应力重分布效应与损伤的关系，建立受损路面混凝土真实有效应力水平与损伤变量的表达式。
　　（3）分析多级荷载应力下路面混凝土疲劳特性，考虑有效应力重分布效应，引入损伤变量因子，基于混凝土疲劳损伤理论，推导出含有损伤变量因子的路面混凝土疲劳模型。通过现场交通量调查，采用Miner准则可以确定使用基准期的累积损伤量，再根据疲劳损伤模型可以预估设计期内混凝土疲劳剩余寿命。
　　（4）通过调查T高速公路K8+900段交通量，预估受损混凝土路面疲劳寿命，将疲劳损伤方程确定的疲劳寿命与疲劳试验测定的疲劳寿命对比，得出采用基于细观损伤变量的混凝土疲劳模型可以较为准确的预估混凝土剩余疲劳寿命。

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第一章 绪论

1.1 研究意义与背景

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究技术路线

第二章 混凝土疲劳损伤理论研究的基础

2.1 混凝土损伤理论基本概念

2.2 混凝土损伤本构模型

2.3 混凝土疲劳累积损伤理论

2.4 本章小结

第三章 基于细观力学的混凝土损伤研究

3.1 混凝土损伤力学研究方法

3.2 混凝土细观弹性损伤本构关系

3.3 基于细观力学材料非均质随机分布

3.4 混凝土疲劳细观损伤机理研究

3.5 本章小结

第四章 基于细观损伤的混凝土路面疲劳寿命预测

4.1 基于S-N曲线预测混凝土路面疲劳寿命

4.2 细观损伤在混凝土路面疲劳特性中的研究

4.3 基于细观损伤的混凝土路面疲劳寿命的预测

4.4 本章小结

第五章 受损水泥混凝土路面疲劳寿命预估

5.1 工程概况

5.2 试验准备

5.3 试验方案

5.4 试验结果

5.5 试验结果分析

5.6 本章小结

第六章 主要结论及建议

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 进一步研究建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢