Deterioration Models for Cement Bound Materials in Structural Design and Evaluation of Heavy Duty Pavements:A rational approach to pavement analysi

摘要

Havne- og industriområder krver specialbelægninger for at modstå tungestatiske containerlaster og kontinuerlige laster fra køretøjer. Typisk benyttesbeton eller cementstabiliserede materialer i stive eller halvstive belægningstyperfor at reducere sporkøring og sætningsskader over tid. Dimensionering afdenne type belægninger er i dag baseret på analytisk-empiriske metoder. Metoden kan være passende i mange situationer, men i enkelte vil den medføreoverdimensionerede, eller meget værre, underdimensionerede konstruktioner.Denne type metode har begrænset anvendelse og tager ikke højde for væsentlige faktorer der påvirker belægningens respons, som geometri, realistiskmateriale opførsel og vilkårlige belastningsforhold på en konsistent måde.De seneste års betydelige udvikling indenfor computerteknologi tillader nu numerisk modellering og strukturel analyse for en række forskellige applikationer.Denne teknologiske udvikling tillader brug af konstitutive modeller, der har potentiale til at realistisk afspejle en bred vifte af materialers opførselunder vilkårlige belastningsforhold. Dog er effektiv anvendelse i praksis ofteforhindret af modellernes kompleksitet, et højt antal af materiale parametreog nummerisk instabilitet.Formålet med dette forskningsprojekt er at udvikle nye og mere generellenedbrydningsmodeller for havne- og industribelægninger. Velfunderedemekaniske principper og konstitutive modeller er inddraget for at skabe enrationel forbindelse mellem laboratorieforsøg, design og anvendelser i marken.Først, er der udviklet en fuldskala model til analyse af halv-stive betonstensbelgninger. Denne model benyttes til verikation og sammenligning med eksperimentelle resultater. Dernæst, er en forenklet ingeniørmodel udvikletpå baggrund af en bjælkemodel hvori et plastisk hængsel og en to-parameterjordmodel er indarbejdet på konstitutivt niveau. Denne model beskriver devæsentligste parametre der påvirker den strukturelle opførsel, dvs. interaktionmellem konstruktion og jord samt udmattelse af det cementstabiliseredemateriale.Både en traditionel kohesiv model og hængsel-modellen er velegnet tilbeskrivelsen af revnernes opførsel i beton og cementstabiliserde materialer i stive- og halvstive belægninger. Ingeniørmodellen er effektiv, hvilket resultereri hurtige og stabile nummeriske simulationer, og kalibrering af modellener enkel og ligetil. Et generelt format muliggør simpel implementering afkonstitutiv materialeopførsel. Udmattelsesmodellen præsenteret tager højde for materialets opførsel i alle faser af revneudvilkingen. Dette sikrer et konsistent format der kan beskrive materialernes væsentligste karakteristika under vilkårlige lasttilfælde.Resultaterne viser, at metoden udviklet er effektiv og anvendelig til videreudvikling og praktisk implementering. Fuldskala modellen kan benyttes direktetil dimensionering, hvorimod ingeniørmodellen kan benyttes til specielledesign cases, forundersøgelser samt sensitivitets analyser. Ingeniørmodellenkan, når udvidet til 3-D, erstatte komplekse fuldskala modeller og dermedbenyttes i en fuld mekanisk og rationel analyse, som ikke er mulig i dag.