基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命研究

摘要

水泥路面存在的错台、拱起、断裂、唧泥等多种病害大多和路面板底脱空有关，板底脱空演化对路面的破坏起催化作用。国内外基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命研究不够深入和完善。因此，对时程分析下水泥路面板底脱空演化规律和疲劳寿命展开深入研究具有重要的科学意义和应用价值。
　　本研究首先建立动荷载作用下板底脱空演化水泥路面力学三维模型，在脱空形状和脱空位置正交分析的基础上，系统分析了不同参量下的板底脱空水泥路面板的力学性能。创新性的采用灰色关联分析方法探究了板底脱空水泥路面时程演化七参量与四参量的关联程度。通过试验验证了水泥路面板底脱空演化理论模型。并提出了基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命计算方法，计算了板底脱空演化时程分析下水泥路面疲劳寿命。结果表明：
　　（1）通过正交组合计算分析得出当脱空位置位于板角为受力最不利位置，而脱空形状为椭球形则最接近板底脱空演化实际。动载作用下板底脱空的影响范围为脱空区域外400mm的范围内。当脱空区域超过脱空半径为2090mm时的范围，面层板将会发生开裂。脱空深度比对脱空尺寸的影响小50％，板底脱空水泥路面比未脱空水泥路面因为超载而破坏的可能性将提高3~6倍。
　　（2）板底脱空水泥路面时程演化不同参量的灰色关联程度大小顺序为：面层动弹性模量γ6＞动荷载γ4＞面层厚度γ5＞车辆行驶速度γ3＞脱空半径γ1=基层动弹性模量γ7＞脱空深度γ2。板底脱空水泥路面时程演化七参量与四参量的灰色关联分析认为车辆行驶速度的关联度大于脱空半径的关联度，而脱空半径的关联度大于脱空深度的关联度。
　　（3）参数敏感性分析试验中脱空区域中部测点应力值约为边缘测点应力值的3~5倍。在脱空半径试验中，进行足尺转化后相当于脱空区域边缘位置测点当荷载位于距离板角为1800mm时应力值开始趋于零。试验验证了模拟中脱空深度比脱空半径对板底脱空演化水泥路面板影响较小以及动荷载比路面板厚度影响大的结论。
　　（4）根据带有脱空疲劳损伤变量的疲劳损伤型本构方程，提出基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命的计算方法：此处为公式。脱空半径大于800mm时，路面的疲劳寿命骤降。脱空深度为20mm时，板底脱空演化下水泥路面的疲劳寿命下降速率变大。动荷载增加到180kN时，疲劳寿命基本降至零。当板厚度超过280mm时，疲劳寿命大幅提升。

目录

声明

1.绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

2.基于ANSYS软件分析水泥路面板底脱空时程演化

2.1路面板底脱空计算模型

2.2动力学理论

2.3脱空形状和脱空位置正交分析

2.4温度-轴载耦合作用下水泥路面板角脱空时程演化分析

2.5本章小结

3.板角脱空水泥路面时程演化参量灰色关联分析

3.1灰色关联分析

3.2建立灰色关联分析模型

3.3水泥路面板底脱空七参量灰色关联分析

3.4水泥路面板底脱空四参量灰色关联分析

3.5本章小结

4.水泥混凝土路面板底脱空时程演化试验研究

4.1板底脱空水泥路面时程演化试验方案设计

4.2板底脱空水泥路面时程演化试验过程

4.3板底脱空水泥路面时程演化试验结果

4.4本章小结

5.基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命研究

5.1基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳损伤理论分析

5.2基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命计算方法

5.3基于板底脱空演化时程分析水泥路面疲劳寿命分析

5.4本章小结

6.结论与展望

6.1主要结论

6.2创新点

6.3研究展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目