详情

原文传递连续配筋混凝土+沥青层隧道路面设计及使用性能研究

论文题名：	连续配筋混凝土+沥青层隧道路面设计及使用性能研究
关键词：	公路隧道;路面设计;灰靶理论;连续配筋混凝土;沥青面层;力学分析;使用性能
摘要：	随着公路建设迅速发展，公路隧道日益增多。由于隧道路面处于基础强度高、环境温差小、湿度较大、渠化交通严重、加减速频繁等特殊的工作环境条件下，使路面结构受力状态与普通路面不同，按照已有的路面设计方法不能满足隧道路面设计的要求，导致隧道路面破坏比较严重。同时，随着隧道路面交通等级提高，隧道内车速越来越快，对隧道路面使用性能也提出更高的要求。其中，路面抗滑性能和交通噪声是两个比较突出问题。隧道较大湿度环境和严重渠化交通常使隧道路表存在抗滑性能不足，造成交通事故频发；经隧道壁多次反射产生较大的交通噪声，严重影响了司乘人员的舒适性。如何从隧道路面使用性能的角度来研究上述问题目前还鲜有涉及，有的处于试验研究阶段，有的处于理论探讨的初级阶段。鉴于此，本文就隧道路面设计方法及路表使用性能问题进行了深入研究和探索。　　为了选择适合于隧道工作环境与交通条件的路面结构类型，提高隧道路面的使用性能并延长使用寿命，在广泛调研的基础上，采用灰靶理论从整体刚度、耐久性、平整度、抗滑性能、耐磨性能、修复与重建难度六个方面系统地比较了水泥混凝土路面与沥青混凝土两种常用的路面结构类型在隧道内的适用性。分析结果表明，采用灰靶理论评判模型选择隧道路面结构类型在一定程度上克服了选择过程的主观因素，使隧道路面的选择结果更具有客观性；使在隧道内特殊的工作环境与交通条件下沥青路面的性能更加优越，具有更好的适用性，尤其能提高隧道路面抗滑性能，降低噪音，改善行车舒适性，维修、养护简便，保证隧道营运通畅，为实体工程路面结构类型选择提供依据。　　通过国内外隧道路面结构调查，并结合实体工程隧道特点，基于耐久性隧道路面设计理念，提出连续配筋水泥混凝土基层十沥青面层（简称CRC+AC）作为实体工程隧道路面结构；在查阅大量相关技术资料及研究成果的基础上，针对该复合式路面的力学性能进行了深入的研究；利用所建三维有限元计算模型，对CRCP的荷载应力和温度应力进行了计算，分析了横向裂缝间距、配筋率（钢筋直径和间距）、路面板厚度、路面宽度、粘结刚度系数等结构参数对CRCP路面荷载应力、温度应力的影响；讨论了沥青混合料面层对路面承载力的影响、复合式路面承受超载的性能评价、考虑水平荷载作用的层间剪应力分析，以及沥青混凝土罩面层反射裂缝疲劳寿命的计算等；同时根据有限元计算结果，线性回归得出了荷载应力、温度应力的计算公式，在考察了各设计参数对路面结构各层受力的影响规律，为CRC+AC复合式路面设计提供参考依据。　　根据隧道复合式路面典型破坏模式及其工作环境，本文有针对性提出基于结构功能协调的隧道复合式路面设计方法，从而使隧道路面能够满足隧道内渠化交通严重、加减速频繁、交通量大、重载、超载车辆多等特点对路面使用品质和使用寿命的要求。基于耐久性设计理念，以复合式路面的总造价为优化目标，通过分析CRC层配筋率对反射裂缝宽度及其对沥青层使用寿命的影响，对连续配筋混凝土层的配筋率与沥青层厚度两个重要设计指标进行动态优化，结果表明此种设计方法在经济上可行，从而实现CRC+AC复合式路面结构与材料设计一体化，使隧道复合式路面在这两方面性能都达到最优。　　隧道路面表面抗滑性能不足是导致交通事故的重要原因之一，为了研究隧道路表特性对轮胎抗滑性能的影响，本文通过对高等级沥青路面的抗滑机理与影响因素分析，运用数值分析方法对不同路表轮廓的沥青路面与胎面的摩擦接触模型进行模拟，对不同路表特性的沥青路面抗滑性能进行了分析。考虑路面表面轮廓的影响建立了轮胎胎面与柔性路面的摩擦接触数值模型，探讨了车辆处于自由滚动和紧急制动过程中在不同路表轮廓影响下的轮胎/路面接触压应力、切向应力的响应，以得到路面抗滑性能与路表轮廓之间的相关规律。并以轮胎与路面间的湿摩擦模型为依据，分析了不同条件下路表特性、行车速度、交通荷载和环境因素对路表抗滑性能的影响，为隧道路面抗滑性能设计提供参考，以达到减少因隧道路表抗滑不足而导致的交通事故的目的。　　随着交通量增加、行驶速度提高，隧道交通噪声问题日益突出。由于汽车制造技术进步，发动机产生的噪声越来越小，轮胎和道路的接触噪声已成为隧道交通噪声的主要噪声源，隧道路面已成为影响交通噪声大小的重要因素之一。为了从隧道路面表面性能的角度揭示隧道交通噪声产生机理和变化规律，本文建立数值分析模型，运用声学和动力学原理分析了隧道内不同位置、行驶速度、路面空隙率、构造深度、厚度、模量、路面潮湿状况等参数对交通噪声的影响，并把数值计算结果与相关文献进行比较，以期能深入分析隧道沥青路面表面性能对隧道交通噪声的影响，为隧道降噪路面设计提供依据，减小交通噪声对司乘人员影响。
作者：	乔海滨
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文