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原文传递水泥混凝土路面传力杆机理及复合材料传力杆的研究

论文题名：	水泥混凝土路面传力杆机理及复合材料传力杆的研究
关键词：	水泥混凝土路面;传力杆;机理;水泥路面;混凝土复合材料;路面板;配合比优化设计;数值模拟;荷载传递;接缝宽度;弹性模量;使用寿命;面板厚度;路用性能;不同截面形状;截面尺寸;荷载作用;传力机构;加速加载试验;有限元模型
摘要：	七五以来我国修建了大量的水泥混凝土路面，这些水泥路面几乎没有能够达到设计的使用寿命（30年）。这是一个很严重的问题，因为路面使用寿命短，预示着道路的投资效益大幅度降低。我国未来若干年，还会修筑数以万计的各等级道路，即使有一半水泥路面的话，由于路面早期破坏所造成的损失也是巨大的。接缝破坏、断板和错台是水泥混凝土路面的三大病害，接缝的设置效果主要取决于接缝传递荷载的能力，而传力杆对断板与错台也有着直接的影响。传力杆对于水泥混凝土路面的长期性能具有非常重要的影响，除了路面厚度外，传力杆是水泥路面设计最重要的结构特性。　　目前我国使用的传力杆普遍是钢质传力杆，然而大量的研究与野外实践表明，钢材并不是最好的传力杆材料，这主要体现在两个方面：（1）使用多年后的钢质传力杆由于雨水、氯化物等侵入容易锈蚀；（2）由于钢材较大的表面硬度，导致传力杆与混凝土接触界面在车轮荷载作用下产生较大的接触应力，当这个应力超过混凝土材料的极限强度时，传力杆和混凝土间会产生较大的间隙，进而丧失荷载传递能力。因此，有必要分析水泥混凝土路面传力杆的工作机理，选择适宜的传力杆材料，研究新型传力杆。　　本文将Timoshenko弹性地基上无限长梁在第二变形拐点处截断用来分析有限长水泥混凝土路面传力杆，研究了交通荷载作用下路面板与传力杆体系的受力状态，及其对板间传力机构的力学和结构要求。得出了路面对传力杆材料弹性模量的要求，计算出水泥路面传力杆的最小长度，建立了水泥路面传力杆单侧最小插入深度与传力杆直径的关系，并且对路面板厚度、接缝宽度、路面板强度、传力杆间距、传力杆截面形状、传力杆的截面尺寸等设计参数进行了分析与优化设计。此外，对传力杆的安装偏差问题、传力杆荷载传递效率、传力杆疲劳松动、传力杆对错台的影响等问题进行了定量分析，并且计算得出实际路面中传力杆承担的最大剪力值。　　建立三维有限元模型对传力杆进行了数值模拟与分析，对传力杆材料弹性模量，传力杆长度、间距、直径，接缝宽度，路面板厚度，路面板弹性模量，传力杆支撑模量进行了设计分析与优化设计。此外，对传力杆失效进行了模拟分析。数值模拟得出了传力杆体系（路面板、传力杆、基层）对板间传力机构的性能要求。　　在理论分析与数值模拟的基础上，对填充复合材料管用的水泥混凝土芯进行了配合比优化设计，并对可能的复合材料传力杆进行了大量的室内力学试验评价传力杆的抗弯抗剪能力，确定了复合材料传力杆的尺寸。应用相似理论和路面分析仪，以及重复加载试验系统对不同材料、相同截面面积不同截面形状及不同截面尺寸传力杆的路用性能进行小试件室内加速加载试验，以评价各种传力杆的传力效果与疲劳寿命等。修筑试验路对各种不同材料传力杆的路用性能进行对比评价和观测，并且通过实验路研究了传力杆布杆方式（均匀布杆与轮下布杆）对水泥路面接缝性能的影响，论证了Westergaard的传力杆共同工作分担荷载的理论。此外，对现行水泥混凝土路面规范传力杆相关条文给出了修改建议。研究表明，填充混凝土复合材料传力杆是完全可行的。
作者：	胡迟春
专业：	结构工程
导师：	王端宜
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文