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基于随机场理论的水泥混凝土路面结构可靠性分析
| 论文题名： | 基于随机场理论的水泥混凝土路面结构可靠性分析 |
| 关键词： | 水泥混凝土路面;结构可靠性;随机场理论;有限元模型 |
| 摘要： | 在我国，水泥路面结构是十分重要的路面结构形式之一，无论是在高等级公路中还是在低等级公路中都有十分广泛的应用。评价水泥路面质量的一个十分重要的指标是路面结构的可靠度，这也是水泥路面结构研究的一个重要内容。水泥路面结构的尺寸、材料性能和作用荷载均具有不确定性，如何更加准确的描述上述随机因素、选择适合的可靠性分析方法以及分析随机因素对结构可靠性的影响是本文研究的主要内容。 (1)首先分析影响水泥路面结构可靠性的随机因素，主要有累计标准轴载作用次数、轴载、混凝土弯拉强度、温度梯度、各结构层材料的模量、混凝土板厚度。根据上述因素的特点，将面层、基层和土基模量模拟为二维随机场，其他因素模拟为随机变量。根据局部平局法将模量随机场离散为随机变量，计算了协方差矩阵与相关系数矩阵。 (2)然后基于Ansys软件，建立水泥路面结构有限元模型，同时验证了模型的正确性。将上述随机变量作为输入变量，分布形式均采用截断的正态分布，根据Ansys/PDS模块提供的蒙特卡罗法，计算了混凝土板疲劳断裂和极限断裂两种极限状态情况下的结构失效概率，分析了对结构可靠性影响较大的随机因素，主要有混凝土板厚度、轴载、混凝土弯拉强度和面层模量。并对比分析了模量的随机场模型和随机变量模型对结构失效概率的影响，结果表明模量随机变量模型计算的失效概率要大于模量随机场模型计算的失效概率。 (3)最后分析了轴载、材料模量、混凝土板厚度、面层与基层的接触条件和温度梯度与车辆荷载综合作用对路面结构可靠性的影响。结果表明，板厚均值、面层模量均值和轴载对水泥路面结构可靠性影响显著，板厚、面层模量变异系数相比于均值来说，对结构可靠性影响较小；面层与基层的摩擦系数与结构失效概率的关系曲线存在临界点，控制摩擦系数大于该点对于提高结构可靠性十分有益；温度梯度与车辆荷载综合作用对结构可靠性影响十分显著，正温度梯度时结构失效概率明显大于未考虑温度梯度与车辆荷载综合作用时结构的失效概率，而负温度梯度时结构失效概率很小。 |
| 作者： | 张海永 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王彩霞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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