拓建公路新-老拼接路面结构的力学响应分析

摘要

我国高速公路加宽工程刚刚起步，相关的理论研究无论在深度还是广度上都存在着严重的不足。目前针对高速公路扩建的研究主要是在新-老路基不协调变形的预测及控制方面。在新-老路面的拼接研究方面，主要是依据经验的一些设计原则和施工技术，没有可以作为设计参考的理论依据。 本文对软土地区高速公路加宽工程拼接路面结构的力学响应，以及适用于高速公路加宽工程的相关新-老路面拼接处理技术进行了比较全面系统的研究。通过建立新-老路面拼接的有限元模型，模拟分析新-老拼接路面结构在车辆荷载作用及地基沉降作用下的受力状态，针对易出现的破坏形式提出拼接处置的要求。 (1)通过有限元手段对拼接路面的力学响应进行分析，系统探索了高速公路扩建中路面拼接在模拟计算方面的应用与实现方法，为解决实际工程中类似问题提供了的可借鉴的方法和思路。 (2)对影响拼接路面结构受力的因素进行了分析，包括荷载位置、新-老各结构层模量差异、拼接面连续条件等。认为偏载作用下，拼接面上剪应力增加不超过10％时，老路面层、基层模量的差异应不大于30％至40％。 (3)对拼接路面结构在拼接界面的粘接强度进行了分析，认为新-老拼接界面的临界粘接强度小于完全连续模型所计算的拼接面上的最大应力，并得出了典型拼接结构的临界粘接强度与粘接条件的关系曲线。 (4)分析了新-老路面在拼接部位采用台阶拼接形式对拼接结构的受力影响，认为面层台阶和基层台阶的尺寸宜为分别为大于20cm和40至60cm。 (5)研究了不均匀沉降对拼接路面结构的受力影响，并考虑了沉降发生过程中沥青混合料的松弛效应。计算不同松弛程度下不均匀沉降在拼接路面中产生的附加应力，当面层模量由于松弛减小至40％左右，基层中的拉应力超过面层中的拉应力，从而揭示了拼接路面结构可能的特殊破坏形式——基层顶面开裂。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究内容

1.4研究方法和技术路线

第2章新-老拼接路面结构分析的有限元实现

2.1有限元工具选择的必要性

2.2拼接结构的计算参数

2.2.1典型拼接结构的选择

2.2.2计算结构参数取值

2.2.3荷载模型

2.2.4计算参数与计算点位置

2.3有限元模型的建立

2.3.1有限元软件介绍

2.3.2几何模型及边界条件

2.3.3单元类型及网格划分

第3章新-老拼接路面结构的受力影响因素分析

3.1荷载位置对拼接结构的受力影响

3.1.1计算模式

3.2.1计算荷载位置的确定

3.2基层拼接面连续时新-老模量差异对拼接结构的受力影响

3.2.1新-老面层模量差异对拼接结构的受力影响

3.2.2新-老基层模量差异对拼接结构的受力影响

3.2.3新-老垫层模量差异对拼接结构的受力影响

3.2.4新-老地基模量差异对拼接结构的受力影响

3.2.5新-老路面模量差异对拼接结构受力影响的参数敏感性分析

3.3基层拼接面不连续时新-老模量差异对拼接结构的受力影响

3.3.1新-老面层模量差异对拼接结构的受力影响

3.3.2新-老基层模量差异对拼接结构的受力影响

3.3.3新-老垫层模量差异对拼接结构的受力影响

3.3.4新-老地基模量差异对拼接结构的受力影响

3.3.5新-老路面模量差异对拼接结构受力影响的参数敏感性分析

3.4本章小结

第四章新-老路面拼接台阶尺寸的优化

4.1新-老路面拼接台阶的设置方式

4.2面层台阶尺寸的优化

4.2.1计算模型及参数

4.2.2计算结果及分析

4.3基层拼接台阶的优化

4.3.1计算结构及参数

4.3.2计算结果及分析

4.4本章小节

第5章新-老路面拼接界面粘接强度要求

5.1计算模型及参数

5.1.1界面单元原理及相关参数

5.1.2计算结构及参数

5.2新-老基层拼接界面的连续性要求

5.2.1特定界面条件下拼接面粘接强度的确定

5.2.2不同界面条件下拼接面粘接强度要求

5.3本章小节

第6章不均匀沉降对拼接路面结构的受力影响

6.1新老路基不均匀沉降形态

6.2有限元模型及计算参数

6.3不同沉降形态下的力学响应

6.4考虑松弛的沉降附加应力计算

6.5本章小结

第7章结论与展望

7.1主要结论

7.2主要创新点

7.3进一步研究的工作方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果