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原文传递沥青加铺旧水泥混凝土路面复合结构研究

论文题名：	沥青加铺旧水泥混凝土路面复合结构研究
关键词：	旧水泥混凝土路面;沥青加铺层;多层薄板理论;抗裂性能;疲劳寿命
摘要：	水泥混凝土路面的使用性能在使用过程中会随行车荷载和环境因素的作用而逐渐衰变。当路面的使用性能(平整度、抗滑能力、损坏状况和承载能力)退化到某一规定的限值标准，或者其承载能力不能满足未来交通的需求时，需要采取修复措施以恢复或提高其使用性能。采用沥青混凝土作为原有路面的加铺层是一种非常典型的补强方法，对于旧水泥混凝土路面，这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点，原有水泥混凝土路面可以提供稳定、坚实的基层，沥青加铺层可以提供摩阻系数高、平整度好的表面层，大大改善了路面的使用性能。虽然这种复合路面在国内外均已有所应用，但目前尚没有比较成熟的相关设计规范和计算方法，如应用弹性地基板理论由于无法考虑沥青层的竖向压缩会引起误差，而应用多层弹性体系理论不能求解混凝土板角和板边的应力和弯沉。因此本文采用弹性地基上的多层薄板理论与有限元相结合的方法，对旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构计算理论、加铺层破坏机理和寿命预估等问题进行了深入研究。本文的研究内容主要包括以下几个方面： 1.弹性地基上无限复合路面荷载应力分析。对板中部作用荷载的沥青加铺水泥混凝土路面复合结构，采用层状弹性地基上的多层薄板理论进行荷载应力分析。分别对层间连续和层间光滑两种情况建立求解微分方程，采用抗弯刚度等效原则，按薄板的直法线假定对混凝土板应力、应变和弯沉进行计算，并与ANSYS有限元分析结果进行对比，二者吻合较好。 2.有限尺寸复合路面结构计算方法研究。当荷载作用在有限尺寸水泥混凝土路面板角上方沥青加铺层时，采用位移函数法(假定板角作用荷载时复合路面的竖向位移函数方程，并通过变形协调条件及能量原理确定方程中的参数)计算板角的最大应力、应变和弯沉，通过对比分析发现与有限元计算结果吻合较好。同时对板角和板边的荷载应力进行了ANSYS有限元分析，确定了二者间最大应力、弯沉的回归关系式，据此可由板角应力推算出板边应力。 3.沥青加铺层荷载局部效应和车辙分析。针对不同温度下沥青混合料的粘弹塑性性质，采用麦克斯威尔和开尔文的混合模型--伯格斯模型对沥青加铺层进行车辙分析。其车辙主要为沥青层在竖向荷载下的塑性变形和部分尚未恢复的粘性变形。在沥青混合料的粘弹塑性力学指标为已知时，通过沥青层的弹性竖向压缩值计算出该类复合路面在一定时间内的累积车辙深度。沥青加铺旧水泥混凝土路面复合结构研究 4.沥青加铺旧水泥混凝土路面温度应力分析。根据已有的沥青路面温度场预估模型和沥青加铺水泥混凝土复合路面的温度梯度降低系数确定沥青加铺层和混凝土路面的温度场分布规律，由沥青混合料及混凝土的温度线膨胀系数推导出了该类复合路面的温度应力计算公式。对层间连续和光滑接触两种情况进行分析，考虑了混凝土板和沥青加铺层的相互作用，并通过算例与ANSYS有限元温度应力计算结果对比分析，证明本文方法具有足够的精度。 5.沥青加铺旧水泥混凝土路面的层间工作性能。对于设有夹层的旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构，首先采用ANSYS三维有限元程序计算出沥青加铺层及夹层的温度应力分布情况，求出了其由常温(20℃)降至0℃、-20℃、-40℃时在沥青加铺层和夹层中产生的最大拉应力，同时对沥青加铺层及夹层的荷载应力进行了有限元计算，分析了层间完全连续、光滑及考虑层间粘结情况下沥青加铺层和夹层的受力性能及层间工作状态。 6.沥青加铺层及夹层的抗裂性能分析。应用断裂力学原理确定了沥青加铺层和夹层的应力强度因子KI，根据温度及车载作用下有限元分析的最大拉应力结果计算出了旧混凝土板接缝处沥青层和夹层的剩余疲劳寿命。并由层间粘结滑移理论得出了不同使用年限的沥青加铺层最小裂缝间距和裂缝反射率，为加铺层路面的使用寿命预估提供了依据。
作者：	祝海燕
专业：	道路与铁道工程
导师：	王选仓
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文