【博士】考慮沖刷脫空的水泥混凝土路面設(shè)計研究【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長安大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　我國水泥混凝土路面早期損壞比較嚴(yán)重，造成這種現(xiàn)狀固然有施工質(zhì)量差，后期養(yǎng)護(hù)不到位等原因，但重載交通條件下路面基層材料抗沖刷能力不足，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有考慮板底沖刷脫空對路面結(jié)構(gòu)的影響，路面面層設(shè)計厚度過薄是造成目前我國水泥混凝土路面早期損壞一個深層原因。本文深入開展了路面行車荷載與水耦合作用下基層沖刷和路面板底脫空發(fā)展規(guī)律研究，提出可應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的基層抗沖刷試驗方法和評價指標(biāo)；建立了路面板底沖刷脫空預(yù)估模型，通過板底脫空路面結(jié)構(gòu)三維有限元計算及回歸分析，給出了脫空路面荷載應(yīng)力計算公式；依據(jù)室內(nèi)混凝土小梁疲勞試驗理論推導(dǎo)出可用于脫空路面計算的變荷載重復(fù)作用下混凝土小梁疲勞方程，提出了脫空路面荷載疲勞應(yīng)力計算方法。綜合上述研究，系統(tǒng)提出了考慮路面板底沖刷脫空的水泥混凝土路　　面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。　　水泥混凝土路面調(diào)查分析表明，現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計方法沒有定量提出基層材料抗沖刷評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，路面面層厚度設(shè)計沒有考慮基層沖刷和路面板底脫空影響，路面面層設(shè)計厚度過薄是造成我國水泥路面早期損壞一個深層原因?！　÷访姘宓讻_刷唧泥現(xiàn)象只在大氣降水和雨后板底脫空區(qū)處于半飽和狀態(tài)的時間段內(nèi)出現(xiàn)，板底沖刷水壓力與車速和軸重有關(guān)。車速越高，水壓力越大：軸重越大，水壓力越大。綜合考慮路面基層材料實際使用條件，提出考慮荷載作用次數(shù)的基層材料抗沖刷評價指標(biāo)一沖刷系數(shù)恕，推薦水壓力50 KPa作為材料沖刷試驗標(biāo)準(zhǔn)水壓力。　　研究開發(fā)了水壓力可調(diào)的氣動沖刷試驗機(jī)，進(jìn)行了水泥土、二灰土及二灰碎石材料沖刷試驗，得出二灰土抗沖刷性能最好，二灰碎石次之，水泥土最差?！　÷访姘宓酌摽阵w形狀接近于圓錐體或棱錐體．脫空高度與脫空面邊長相比非常小，通過引入基層材料沖刷系數(shù)，及降水天氣修正系數(shù)％概念，提出了路面初始使用階段沖刷脫空預(yù)估模型和路面出現(xiàn)脫空后脫空預(yù)估模型?！　〗⒘寺访姘暹吙v縫中部和板角脫空三維有限元結(jié)構(gòu)分析模型，通過計算得出路面板底出現(xiàn)脫空后，荷載應(yīng)力隨板底脫空面積的增大而顯著增加。進(jìn)一步分析表明，對于板邊縱縫中部脫空，板內(nèi)荷載應(yīng)力與板底脫空半徑是指數(shù)關(guān)系，與路面板的相對剛度半徑是乘冪關(guān)系。對于板角脫空路面，板內(nèi)荷載應(yīng)力與脫空半徑是線性關(guān)系?！　⊥ㄟ^對有限元計算結(jié)果回歸分析，得出板邊縱縫中部脫空和板角脫空荷載應(yīng)力擬合公式，在綜合考慮基層頂面當(dāng)量模量變化和荷載軸重變化基礎(chǔ)上，提出脫空路面荷載應(yīng)力計算公式?！　∫罁?jù)室內(nèi)混凝土小梁疲勞試驗基本理論，推導(dǎo)出可用于脫空路面計算的變荷載重復(fù)作用下混凝土疲勞方程。通過引入降水天氣修正系數(shù)毛，提出考慮路面板底脫空和沖刷的路面板荷載疲勞應(yīng)力實用計算公式?！　∫罁?jù)疲勞損傷等效原則，提出可用于路面荷載應(yīng)力分析的脫空路面軸載換算關(guān)系式?！　【C合以上分析，系統(tǒng)提出了考慮路面板底沖刷脫空的水泥混凝±路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，并給出了路面設(shè)計流程圖。　　

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