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原文传递高等级公路改扩建关键技术研究

论文题名：	高等级公路改扩建关键技术研究
关键词：	高等级公路;改扩建工程;路基沉降;桥梁加宽;有限元
摘要：	随着我国经济建设的快速发展，高等级公路的改扩建工程将是我国本世纪公路建设所面临的非常重要和必须解决的问题。目前我国高等级公路改扩建工程刚刚起步，与新建公路相比，具有施工难度大、工艺复杂、质量要求高等特点。本文以确保高等级公路改扩建工程的安全、稳定为研究目标，以宁夏银古高速公路改扩建工程为依托，采用理论计算、有限元分析、室内试验和现场试验相结合的技术手段，对高等级公路改扩建工程路基、桥梁加宽等关键技术进行了较为系统、深入理论分析和试验研究，为工程应用提供了较为科学的技术依据。首先分析了高等级公路改扩建主要方式以及路基、桥梁加宽的工程特点及技术对策。基于研究银古一级道路现状、通过路况调查和路面弯沉检测，提出了银古高速公路改扩建采用两侧加宽的技术方案。从满足高等级公路改扩建后路面功能性和结构性要求入手，在调查研究、深入分析的基础上，结合银古高速公路的路面结构形式，采用以弹性理论为基础的数学解析方法和ANSYS有限元数值分析综合研究手段，提出了银古高等级公路改扩建新老路基不均匀沉降临界指标，即加宽路基沉降坡率不大于0.38％的控制标准。利用非线性有限元软件，建立了高等级公路改扩建路基加宽非线性有限元模型。揭示了老路基边坡开挖方式、新路基加宽方式、新路基加宽宽度对老路基工程特性的影响规律以及土工格栅加筋方式、老路基开挖宽度、新路基填料性质、软土地基厚度和加固处理方式对加宽路基工程特性的影响规律。研究结果为高等级公路路基加宽工程实施切实可行的方案提供了理论依据和技术支持，具有普遍的指导意义和实用价值。在基于分析颗粒级配、粒径大小与试件尺寸、砾石母岩种类、颗粒形状、孔隙率以及饱和度等因素对新加宽路基砂砾填料工程特性影响的基础上，进行了砂砾路基填料的室内试验研究。特别进行了砂砾料在不同密实度条件下的固结排水试验，掌握了其工程特性。根据三轴试验结果，提出了砂砾料剪切硬化本构模型参数。在明确路基加宽病害机理和新老路基变形不协调控制途径的基础上，以变形协调与控制为核心，提出了新老路基结合部处治的基本技术思想及各项措施的技术原理。基于生产函数理论，提出了满负荷匹配工作法，确定了填料数量有要求、分层碾压有标准、机群作业有秩序、成型段落有计划的“四有”施工方案。实施了切实可行的、详细的软土地区高等级公路改扩建路基加宽施工工艺。提出了高等级公路改扩建工程中不同的施工机械组合条件下的施工参数。根据银古高速公路黄河特大桥的结构形式和受力特点，对新老桥梁桥面结构可能采用的刚性连接、铰接和不连接三种形式，采用理论分析和桥梁结构分析有限元软件MIDAS/CIVIL6.70进行了对比分析，提出了分离式结构用于黄河特大桥加宽的可行性，根据计算结论，在国内首次成功应用EMR树脂、特型钢和硅橡胶材料处理了不同的纵向接缝。通车两年后进行了现场静、动载试验，试验表明黄河特大桥在正常工作状态下的静、动力性能均能满足使用要求，结构的安全稳定。本文的创新点主要体现在：①基于数学解析方法和有限元数值分析综合研究手段，提出了高等级公路改扩建新旧路基不均匀沉降临界指标。②揭示了各种工程因素对加宽路基特性的影响规律，解决了高等级公路路基加宽工程设计的关键技术问题。③以变形协调与控制为核心，提出了新旧路基结合部处治的基本技术思想及处治措施的技术原理、应用方法、施工工艺及质量控制手段。④提出了桥梁加宽的分离式结构形式，保证了结构的耐久性。
作者：	张湧
专业：	结构工程
导师：	刘斌
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文