碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力分析和开裂预估

论文摘要

目前,我国有大量旧水泥混凝土路面已经接近或超过了其设计年限,在迅速发展的公路运输使用需求下,已出现或很快会出现大范围的破坏,必须改建或者大修。碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术,是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段,因其具有防反射裂缝效果好、施工速度快、对环境和交通影响小等优点而被广泛应用。但国内对碎石化技术的研究和应用还不是很成熟,因此需要针对国内具体情况,对碎石化技术及其加铺层结构做系统的研究,具有重要的理论价值和现实意义。论文参考大量国内外关于碎石化结构层的模型,借鉴现有的湿度梯度和温度梯度研究方法,提出了将非线性温度分布转化为线性温度分布、将湿度梯度转化为温度梯度的计算方法。在此基础上,结合碎石化结构层,提出用模量表征碎石化不同结构层,通过ABAQUS有限元软件引入弹簧单元模拟接缝和路面板与路肩间的传荷能力,再根据冲罗公路试验段路面结构Ⅲ建立板底不脱空和脱空的仿真模型,分析了各参数对碎石化的旧水泥路上水泥混凝土加铺层结构应力的影响。考虑到水泥混凝土加铺层的厚度、脱空尺寸、碎石化层下部模量、接缝传荷系数和温度梯度的变化,给出了碎石化后旧水泥路上水泥混凝土加铺层在车辆荷载、湿度梯度和温度梯度综合作用下的应力分析诺谟图,并给出了查询设计案例和疲劳破坏预估程序。根据碎石化的旧水泥路上水泥混凝土加铺层结构和荷载作用特点,借助路面断裂力学的应力强度因子理论和有限元仿真模型对碎石化技术是否对加铺水泥混凝土面层有减缓反射裂缝发生的效果做了研究,并对碎石化的旧水泥路上水泥混凝土加铺层断裂破坏机理进行了分析。根据试验路试验结果提出了多锤头碎石化施工工艺参数及施工流程,并结合试验和测试结果检验了路面结构力学模型,以更真实地反映路面结构应力的实际情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 碎石化技术
• 1.2.2 水泥混凝土路面温度应力和荷载应力分析
• 1.2.3 水泥混凝土路面脱空模型
• 1.2.4 水泥混凝土路面开裂机理
• 1.2.5 存在的主要问题
• 1.3 研究的主要内容和技术路线
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层的温度梯度和湿度梯度
• 2.1 温度场
• 2.2 温度梯度
• 2.2.1 温度梯度
• 2.2.2 非线性温度梯度
• 2.2.3 非线性温度分布等效和温度内应力
• 2.3 碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层湿度梯度和湿度应力
• 2.4 本章小结
• 第三章 车辆荷载、湿度梯度和温度梯度综合作用下水泥混凝土加铺层应力分析
• 3.1 ABAQUS有限元简介
• 3.1.1 ABAQUS软件介绍
• 3.1.2 ABAQUS的主要模块
• 3.2 水泥混凝土板开裂模型
• 3.3 碎石化结构层
• 3.4 水泥混凝土板脱空分析
• 3.4.1 板底脱空的原因
• 3.4.2 板底脱空的形态
• 3.4.3 板底脱空单元分析
• 3.5 接缝间传荷能力
• 3.5.1 传荷能力与接缝刚度关系
• 3.5.2 传荷能力有限元模拟
• 3.6 仿真模型
• 3.6.1 基本假设
• 3.6.2 基本参数与属性
• 3.6.3 仿真模型
• 3.6.4 参数敏感性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层疲劳开裂研究
• 4.1 碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层应力诺谟图
• 4.2 诺谟图查询案例
• 4.3 碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层疲劳开裂预估
• 4.4 本章小结
• 第五章 碎石化的旧水泥路面上水泥混凝土加铺层反射裂缝预估
• 5.1 传统理论分析水泥混凝土路面疲劳破坏机理的局限性
• 5.2 水泥混凝土路面板断裂的原因
• 5.3 路面断裂力学基本概念
• 5.3.1 裂缝分类
• 5.3.2 裂缝尖端奇异场
• 5.3.3 应力强度因子理论
• 5.4 应力强度因子计算仿真模型
• 5.5 碎石化的旧水泥路上水泥混凝土加铺层断裂破坏机理
• 5.6 本章小结
• 第六章 试验路研究
• 6.1 试验路工程概况
• 6.2 施工技术研究
• 6.2.1 碎石化施工工艺
• 6.2.2 水泥混凝土路面滑模施工
• 6.2.3 水泥混凝土面层切缝、抗滑、养生
• 6.3 试验路测试与分析
• 6.3.1 测试系统
• 6.3.2 传感器布置与安装
• 6.3.3 测试分析
• 6.4 应力分析模型检验
• 6.4.1 模型参数的选择
• 6.4.2 应力分析模型检验
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢