文档介绍：长安大学
硕士学位论文
温度作用下水泥混凝土路面接缝变化研究
姓名:李晶晶
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:王选仓
20100531
摘要通过水泥混凝土路面病害调查,以及温度梯度、湿度状况、面板尺寸等接缝张开量接缝是水泥混凝土路面的重要结构,同时也是水泥混凝土路面的薄弱环节。由于接缝引起的路面损坏是水泥混凝土路面的主要病害类型,如唧泥、脱空、板角断裂等,环境作用下接缝张开量的变化是产生接缝损坏的因素之一。因此,本文深入开展环境作用下水泥混凝土路面板边接缝变化研究,具有重要的现实意义。影响因素分析,得出接缝张开量随着温度梯度的增大而增大:湿度变化对接缝张开量的影响与温度处于相同的数量级;缩缝缝隙宽度和日变化量随着胀缝间距的增加和缩缝间距的减小而减小。通过对水泥混凝土面层温度日变化、不同时刻面层温度随深度变化、面层日最大温度梯度、以及面层湿度分布情况的分析,进行了翘曲变形、伸缩变形和干湿状况对接缝张开量预估研究,推导出正负温度梯度下路面板处于纯弯状态时接缝张开量预估公式。利用有限元软件建立三维接缝模型,量化分析了各因素对接缝张开量的影响,得出温度梯度、基层模量、面板长度以及面板厚度对接缝张开量的影响显著,接缝张开量与温度梯度呈对数关系,与基层模量呈乘幂关系,与面板长度和面板厚度呈指数关系,且温度梯度的影响大于面板长度和基层模量,面板长度与基层模量影响相当,均大于面板厚度;基层厚度和层间结合状态对接缝张开量的影响不显著。基于前述分析,回归出综合考虑温度梯度、基层模量、面板长度以及面板厚度的接缝张开量模型公式。依据理论分析结果,在广西选取贫混凝土、水泥稳定碎石、级配碎石三种不同基层类型水泥混凝土路面进行为期一年的现场接缝观测,进一步验证了理论分析的正确性,并基于现场实测数据对理论模型进行修正。在调查接缝填缝料的性能及应用效果基础上,提出了基于气候分区的水泥混凝土路面接缝填缝料选用标准,并进行了传力杆尺寸、拉杆尺寸、缩缝间距与宽度、胀缝间距与宽度设计。关键词:水泥混凝土路面;接缝;填缝料;张开量预估;数值分析;温度梯度;基层模量;传力杆;拉杆
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第一章绪论问题的提出长期以来,水泥混凝土路面因其强度高、稳定性好、耐久性优良、环保等优点成为世界各国广泛应用的高等级路面结构型式。自世纪年代以来,我国水泥混凝土路面以前所未有的速度迅猛发展。据统计,年全国建成的水泥混凝土路面仅有万公里,截至年底,水泥混凝土路面铺装里程高达蚬ɡ铩D壳埃夜泥混凝土路面每年的修筑规模超过万公里,改变了我国公路的路网结构和通行条件,使中国成为世界上水泥混凝土路面建设里程最多的国家之一。虽然我国水泥混凝土路面得到了快速发展,但相对于沥青路面而言,其高等级公路尤其是高速公路通车里程的增长却很缓慢,究其原因主要在于我国重载交通干线的水泥混凝土路面使用状况不佳,裂缝、脱空、错台、唧泥、剥落等早期损坏比较严重,往往通车年左右就出现路面使用性能下降及结构损坏等现象,不得不进行路面大中修。过早出现的路面损坏增加了路面养护维修费用,降低了路面服务能力,从而巨大地制约了水泥混凝土路面在我国高等级路面中的迅猛发展【5鞑檠芯勘砻鳎访嬖缙谒鸹固然有施工质量差,后期养护不到位等原因,但绝大多数早期损坏发生在接缝处,?杉嗷炷谅面早期损坏的主要原因是在重载交通、水、温度共同作用下路面板接缝类损坏。水泥混凝土路面设置纵向接缝和横向接缝的目的是为了消除温度内应力和温度翘曲应力,保证路面整齐的外观和提高路面的使用性能,但是接缝的存在破坏了路面结构年份图水泥混凝土路面铺装里程增长图础\醛刘裂嚣旧蒎书爨孵熙长安火学硕士学位论文’
的整体性,随着温度和湿度的反复变化,接缝张丌量唇臃炜矶鹊谋浠不断增大或减小,以及接缝填缝料的老化及脱落,使雨水可以通过接缝渗入路基和基层,轻则使路基含水量增大降低基层承载能力,重则将基层材料冲走或从接缝处挤出,形成脱空和唧泥等病害,以致使路面板工作条件进一步恶化。当车辆荷载作用在板边、板角部位接缝处时,路面板和地基将产生较大的应力集中,这也加快和加剧了裂缝、脱空、唧泥、错台等病害的出现【。图即为水泥混凝土路面角隅断裂,图为纵缝唧泥病害。图为水泥混凝土路面横缝错台检测。为了减轻水泥混凝土路面的接缝类损坏,提高水泥混凝土路面的使用寿命,通常在路面横缝处设置传力杆,其目的是当车辆荷载作用于路面横缝处,传力杆将一部分轮载传递到相邻路面板上,减少受荷板的变形和面板底部的拉应力,从而使相邻两块板的变形协调;一般在纵缝处设置拉杆,其目的是为了保持纵缝两侧路面板的整体性,防止受热膨胀时向两侧移动’由此可见,虽然接