文档介绍：长安大学
硕士学位论文
全约束状态下水泥混凝土路面应力分析
姓名:王磊
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:陈拴发
20100604
摘要水泥混凝土路面具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好以及日常养护工作量小的优点,因而得到了广泛应用。然而,现行水泥混凝土路面设计标准,在计算过程中采用四边自由矩形板为计算基础,与实际使用中的路面形式存在明显的差距。因此,建立更接近于实际的水泥混凝土路面模型,分析水泥混凝土路面的受力情况,对保证水泥混凝土路面结构设计的可靠性具有重要的意义。本文利用有限元分析软件⑺嗷炷谅访娑嗫榘迥P汀7治瞿P桶蹇数量对面层板底最大拉应力的影响,得到随板块数量增加,荷载应力减小,温度应力增大的规律。确定了三种模型用于应力计算,即榘澹块板,榘迥P汀F渲块板模型为四周均受杆件约束的全约束路面模型。分析不同参数对面层荷载应力的影响规律。通过模型计算值与《公路水泥混凝土路面设计规范》公式解之间的对比,得到在最不利条件下,设置拉杆是减小面层荷载应力的有效措施。在此基础上,采用均匀设计的方法进行参数组合,对计算结果进行回归分析,从而修正规范公式中的应力折减系数。分析不同参数对面层温度应力的影响规律,发现杆件对面层温度应力的影响很小。拟合计算结果,对规范公式进行修正。通过对荷载应力和温度应力两个方面的修正,得到更接近于实际使用状态的半刚性基层和刚性基层水泥混凝土路面设计标准。数关键词:水泥混凝土路面,全约束,板块模型,荷载应力,温度应力,应力折减系
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第一章绪论问题的提出一种高级的路面结构形式,具有强度高、耐磨耗、耐高温、稳定性好、耐久性好以及维护费用少等优点,可以满足不同行车荷载的要求,从而能够广泛应用于各等级的公路和城市道路。水泥混凝土路面包括多种形式:普通混凝土、碾压混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维混凝土路面等。本文主要以普通混凝土路面为研究对象,即除接缝区和局部范围外均不配筋的水泥混凝土路面。然而,就我国目前的水泥混凝土路面使用状况而言,仍存在较多的问题,例如设计理论不完善、施工经验不足以及不重视运营期的养护等。这使得很多水泥混凝土路面出面存在接缝,不但影响了路面平整度和行车舒适性,而且容易在接缝处引起唧泥、断裂、脱空等多种病害。许多旧路己经接近或超过其设计年限,经过几十年的使用己出现了很多病害,无论是承载能力还是正常使用状况均无法满足现有交通量的需求,必须进行改建或大修。另一方面,近年来公路交通量大幅度增加、汽车载重量急剧增长及超载现象严重,使得许多早期修筑的水泥混凝土路面迅速破坏,面临着补强大修的问题。水泥混凝土路面不同于沥青路面,一旦开始出现局部损坏,如果维修不及时或养护不当,将会严重影响道路的使用功能,甚至出现结构性破坏。即使路面结构未破坏,但其表面平整度、抗滑性也可能不再满足行车要求。因此,对水泥混凝土路面结构设计的研究具有重水泥混凝土路面是一种复合结构。在行车荷载和环境因素作用下,其使用性能的衰变速率主要与路面结构的物理性质有关,其中就包括复合结构的组合性质。路面是由不同结构层次组成的复合结构,从上到下依次为面层、基层和垫层,各结构层在整个体系中具有不同的功能,发挥着各自的作用,从而满足行车要求。路面结构除了为行车提供舒适性和安全性以外,其主要功能是承受汽车荷载和环境影响,并将荷载自上而下扩散到地基。由于扩散作用,路面结构中的应力自上而下逐渐减小,各个结构层的强度和刚度也随之降低。水泥混凝土路面板具有较高的力学强度,在车轮荷载作用下变形小,因此混凝土板通常工作在弹性阶段,也就是说,在汽车荷载作用下,板内产生的最大应力水泥混凝土路面指以水泥混凝土面层和基层所组成的路面,也称为刚性路面。它是现了结构性破坏或功能性缺陷,严重影响了公路的使用质量。同时,由于水泥混凝土路要意义。长安大学硕士学位论文
国内外研究现状不超过水泥混凝土的比例极限应力。当水泥混凝土路面板工作在弹性阶段时,基层和土基所承受的荷载及产生的变形也很小,因此也认为其工作在弹性阶段,从力学分析来看水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系。水泥混凝土面层直接承受重复的车辆荷载和环境因素的共同作用,所以要求其具有较强的抗弯拉强度和耐久性以及良好的表面特性,如耐磨、抗滑、平整、低噪声等。面层通常采用等厚断面,其厚度一般为。资料表明,当面层厚度由黾拥以上时,路面的使用性能可以得到显著提高,而当厚度增加到陨鲜保娌愫穸鹊脑黾佣允褂眯阅艿挠跋炀筒辉此外,混凝土路面的结构性损坏,主要表现为断裂、唧泥和错台以及接缝碎裂。板块的断裂可以归结为由于板内的应力超过了混凝土强度而引起的。现行设计理论表明,如果路面各层性能正常、层间界面完全接触、设计和施工良