详情

原文传递连续配筋水泥混凝土路面冲断破坏预估模型研究

论文题名：	连续配筋水泥混凝土路面冲断破坏预估模型研究
关键词：	连续配筋水泥混凝土路面;冲断破坏;预估模型;硬化温度场;疲劳特性
摘要：	冲断破坏是连续配筋水泥混凝土路面（Continuously Reinforced Concrete Pavement，简称CRCP）的主要破坏形式。冲断破坏的影响因素复杂，至今尚未有一个能被广泛接受的预估模型，国内外的CRCP设计方法在冲断预测方法上还有很大的改进空间。板顶位置的纵向开裂和基层的冲刷是冲断发生的两大要素。路面结构、材料特性和施工条件都对冲断发生有重要影响。本文通过数值模拟、现场试验研究和对美国路面长期性能（Long Term Pavement Performance，简称LTPP）监测数据的分析，指出了当前美国和国内设计方法的不足，展开了基于CRCP疲劳特性分析的冲断预测模型研究。　　编制了可以考虑材料特性、天气特征和施工条件的数值模拟程序RP_TMP，用于预测混凝土板内的温度变化规律，以及板内沿深度方向不同位置的水泥混　　凝土凝结时的温度。并进行现场试验，研究不同摊铺条件下混凝土在硬化时板内温度场分布，使用现场监测数据对数值模拟程序也进行验证。运用温度矩的概念，提出一种使用等效硬化线性温度差作为混凝土板内硬化温度梯度的表征的方法。分析了施工季节、施工时机和养生方式对硬化温度场的影响；根据路面内的硬化和使用期温度场均为非线性的特点，建立了一种能够考虑非线性硬化温度梯度的刚性路面温度应力预测方法。计算结果表明：在高温季节施工，将使在使用期混凝土板顶位置的温度应力值和拉应力出现的频率大大增加。进一步说明施工条件对板顶到板底开裂有很大影响。通过对LTPP中路面使用性能的数据进行分析对比，发现高温季节施工的水泥混凝土路面的横向开裂数目和纵向开裂长度都远远大于低温季节施工的情况，验证了本文关于温度应力的计算模型。　　根据设置硬路肩的CRCP的冲断破坏数量大大减少的工程现象，断定路肩位置的传荷能力对CRCP的力学响应有显著的影响。进而使用ISLAB2000软件分析了不同路面结构参数、开裂间距、横向裂缝传荷能力、路肩位置传荷能力共同作用对CRCP临界荷位板顶位置最大拉应力的影响，并使用ISLAB2000的计算结果训练了人工神经网络用于板顶最大拉应力的预测。基于人工神经网络的方法，使用正交试验分析了对各因素对板顶位置拉应力影响的敏感性进行。发现路肩位置传荷能力的影响大于横向裂缝位置，说明了在CRCP设计中考虑路肩传荷能力的重要性。在此基础上，根据美国得州农工大学使用HWTD进行的基层冲刷深度检测试验结果，分析了LTPP数据中传荷能力与错台高度的关系，发现接缝位置传荷能力随错台高度的增加而减小。进而建立了传荷能力、路面等效厚度与冲刷深度与之间的联系，描述了CRCP使用过程中由于路肩位置基层材料的冲刷损失而引起的传荷能力衰减，及等效混凝土厚度减小对板顶拉应力的影响。　　CRCP的冲断发生的危险率非固定值，CRCP的冲断发生与荷载累计作用次数之间服从Weibull分布。根据LTPP的路面使用性能的监测数据为分组数据的这一特点，建立了一套根据LTPP分组数据的CRCP冲断模型的参数估计方法。主要包括荷载累计作用次数的计算、样本数目的确定、使用分组数据建立极大似然方程、最小二乘法进行尺度参数和形状参数的初值的估计和使用牛顿迭代法解似然方程。使用LTPP中冲断数目的监测数据进行了预估模型的验证，并演示了硬化温度梯度和不同抗冲刷性能的材料对冲断数目的影响。　　综上，本文围绕冲断破坏的发生机理，针对纵向疲劳开裂和基层冲刷两大要素。改进了温度应力、荷载应力的确定方法并提出基于Weibull分布的冲断破坏预估模型。
作者：	陈亮亮
专业：	道路与铁道工程
导师：	冯德成
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文