[博士]重载交通水泥混凝土路面材料与结构研究

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内容简介

　　[博士]重载交通水泥混凝土路面材料与结构研究　　学科专业:道路与铁道工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：长安大学　　学位年度：2005　　 重载交通现象是世界范围内普遍存在的问题，己引起国内外道路工作者的关注，并对此进行了许多尝试性和探讨性的研究。本文从材料与结构两方面对重载交通水泥混凝土路面修筑技术进行了深入研究。　　 (1)在分析重载交通条件下水泥混凝土路面损坏特征及其机理的基础上，从材料与结构方面提出了防止或者减少冲刷破坏、疲劳破坏和磨损等措施。针对冲刷破坏，比较有效的途径是设置传力杆和路面内部排水系统，以及采用耐冲刷的高模量基层材料，如贫混凝土基层和水泥稳定碎石基层;针对早期疲劳破坏，问题解决的途径有两条:一是在现有设计抗折强度5.0MPa基础上，增加面板厚度;二是在基本不增加板厚的基础上，提高路面的设计抗折强度，以提高路面板抵抗重轴载疲劳破坏的能力。　　 (2)为了增强有限路面厚度抵抗重轴载破坏的能力，降低原材料消耗及水化热，对基于重载交通的高性能路面混凝土进行了系统深入的研究，提出了具有优良路用性能的HPPC组成设计方法及施工工艺。　　 (3)现行规范中基顶当量回弹模量换算方法是建立在弯沉等效基础之上的，这种　　方法掩盖了半刚性基层的特性，尤其是重载交通水泥混凝土路面下的高模量基层特性，使得荷载应力和温度应力计算值出现较大的偏差‘本文在大量计算基础上，分别建立了以板底拉应力和温度翘曲应力为等效原则的基顶当量回弹模量换算方法。　　 (4)现行规范中双层板荷载应力分析仍采用了弹性薄板基本假设，未能考虑双层板的竖向压缩和横向剪切变形，过分扩大了基层的支撑作用，致使计算结果出现较大的偏差。本文在大量计算的基础上，建立了双层板荷载应力实用计算方法。　　 (5)为了便于应用及避免查用诺漠图时出现偏差，本文针对通用的设计条件进行大量的有限元分析，根据计算结果建立了具有较高精度的温度翘曲应力系数和温度应力系数的经验公式。　　 (6)温度变化对接缝传荷效能的影响较大，负温度梯度的作用有利于降低板边挠度值，而对于特定路面结构，传荷系数是温度和时间的函数。在计算临界荷位处温度应力和荷载应力时可不考虑传力杆的影响，对纵缝设拉杆时建议在计算温度应力时引入拉杆修正系数(krT=1.02-1.05 ).　　 (7)有限元分析表明，轮载或者温度变化作用下传力杆/混凝土界面存在明显应力集中现象，致使界面处容易形成初始裂缝和挤碎，使传力杆松动量增大，降低传荷能力，甚至导致接缝损坏。传力杆装置改进的初步研究表明，保护套能有效减少传力杆/混凝土界面处应力集中现象，提高接缝传荷能力的耐久性，并讨论了保护套的设计及制作方法。　　 (8)通过对重载交通特性、材料性能与结构组合等方面的研究，及对现有重载交通水泥混凝土路面使用状况、破损机理等综合分析，在广泛搜集有关资料的基础上，提出了重载交通路面结构组合的原则，并给出了重载交通水泥混凝土路面的典型构。 　　 (9)针对重载交通混凝土路面出现的典型破坏现象，初步提出了以控制疲劳断裂和冲刷损坏作为设计目标，井以最大限载水平为验算标准的重载交通水泥混凝土路面的设计方法。

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