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水泥混凝土路面传力杆的传荷失效机理研究
| 论文题名： | 水泥混凝土路面传力杆的传荷失效机理研究 |
| 关键词： | 水泥混凝土路面;传力杆;力学特性;传荷失效机理 |
| 摘要： | 传力杆与混凝土接触面的损坏是引起水泥凝土路面传力杆装置发生传荷失效,并造成道路横向缩缝结构过早损坏的重要原因之一。针对水泥混凝土路面传力杆的传荷失效问题,本文以模型分析法研究了传力杆的力学特性,以试验的方式展示了传力杆在多种破坏模式下的失效过程,从传力杆与混凝土接触面力学性能退化及混凝土保护层开裂两个角度揭示了传力杆发生传荷失效现象的物理机理。以建立理论模型的方式将传力杆的三种传荷失效过程进行力学简化,应用数值方法模拟了三种破坏过程中传力杆周边混凝土内的裂纹演化行为,进而提出了水泥混凝土路面缩缝结构临界车辆轴载控制指标的试验及数值计算方法。本文的工作可以总结如下: 首先,建立了考虑传力杆与混凝土、面层与基层接触面力学行为的水泥混凝土路面三维有限元模型。通过改变车辆轴载大小、温度梯度条件及缩缝结构组合特征,研究了传力杆的力学特性,确定了水泥混凝土路面缩缝结构易发生损坏的最不利位置。在此基础上,开发了传力杆与混凝土接触面力学性能试验系统,并针对传力杆的多种失效模式设计了相应的试验方案。 其次,利用试验系统,开展了传力杆试件的静力极限、拟静力疲劳及加速锈蚀试验,模拟传力杆与混凝土接触面在三种破坏模式下的失效过程。以试验过程中采集的声发射信号为基础,从传力杆与混凝土接触面力学性能退化及混凝土保护层开裂等角度探讨了传力杆在三种破坏模式下的传荷失效机理,进而提出了缩缝结构临界车辆轴载的试验方法。 然后,根据传力杆与混凝土接触面破坏过程中的物理现象,抽象出传力杆的极限破坏行为力学模型、疲劳松动行为力学模型及传力杆-锈蚀产物-混凝土保护层耦合作用力学模型。应用数值方法,模拟了三种失效模式下传力杆周边混凝土内的裂纹演化行为,进而提出了缩缝结构临界车辆轴载的数值计算方法。 最后,提出了增加传力杆在除冰盐环境中服役耐久性的改进措施。设计了新型钢质传力杆的构造形式,开发了不影响钢质传力杆锚固端力学性能的耐久型防锈涂料,研究了非金属GFRP传力杆的设计、验算方法。 上述研究有助于正确地评估传力杆的工作状态,了解传力杆在不同破坏模式下的失效过程;同时,为设计更加耐久的传力杆装置提供了可借鉴的方案,为减少水泥混凝土路面横向缩缝结构的破坏提供一定的依据和参考。 |
| 作者： | 李洛克 |
| 专业： | 道路与铁路工程 |
| 导师： | 谭忆秋 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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