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原文传递连续配筋水泥混凝土路面早期行为与结构损伤特性研究

论文题名：	连续配筋水泥混凝土路面早期行为与结构损伤特性研究
关键词：	连续配筋水泥混凝土路面;早期行为;路用性能;结构损伤;正交试验;神经网络
摘要：	连续配筋水泥混凝土路面是一种适用于高等级和重载交通的长寿命路面形式,在CRC面板上铺筑沥青面层可以充分发挥CRCP路面的承载优势和沥青面层改善路面服务性能的作用,道路的结构体系和功能体系得到良好的统一,体现了刚柔两种路面的互补性和相互依存。本文应用有限元分析方法,研究了CRCP路面早期行为与其路用性能的因果关系;通过路面结构的温度场分析和顺序耦合热应力分析,获得了结构损伤的演变规律与裂缝行为,明确了沥青面层改善CRC面板温度状况和结构受力的重要作用;开展多种复杂因素的正交试验研究,以结构拉张损伤为考察指标,分析及区分主要、次要影响因素及其效果,提出了结构损伤的神经网络预测模型。　　通过对以往课题研究成果与理论的回顾与总结,论述了对CRCP路面路用性能有重要影响的道路早期行为及其特点;分析了CRCP路面的主要病害形式及其影响因素与机理。利用有限元方法,建立了根据早期行为预测及评价路面路用性能的计算模型。模型考虑了混凝土材料性质的时间效应、蠕变特性以及钢筋与混凝土的界面效应等,重点分析了混凝土骨料、抗拉强度变异系数、纵向配筋率、钢筋层位置、钢筋与混凝土粘结滑移关系以及基层类型等对路面路用性能的影响规律,通过对裂缝宽度、裂缝间距与冲断破坏行为规律的预测,揭示了道路早期行为与路用性能之间的因果关系。　　在路面结构的温度场分析中,综合考虑太阳辐射、对流换热与辐射换热三种热交换方式,分析了结构路表温度、温度梯度和变温速率的时程变化。研究获得了沥青面层与CRC面板的临界厚度比规律,提出了评价CRC面板温度状况的指数衰减函数。　　在顺序耦合热应力分析中,以混凝土塑性损伤本构关系表征CRC面板的力学行为,研究了变温条件、温度与荷载耦合作用下的结构受压、受拉与损伤演变规律;通过对结构拉张损伤与刚度退化系数的分析,研究了裂缝张开与闭合行为。研究发现:沥青面层具有缓减结构损伤、影响裂缝行为和改善结构受力状况的重要作用。　　在正交试验研究中,考虑了多种复杂结构因素与环境因素作用下的结构损伤特性,分析了结构拉应力与拉张损伤的分布规律;通过方差分析和极差分析,区分变温条件、温度与荷载耦合作用下的主要与次要影响因素,并依据它们的影响效果进行次序排列。研究发现:沥青面层厚度、混凝土的材料性质与面板底部支撑状况是影响CRCP结构损伤最为重要的指标。利用基于遗传算法的BP神经网络预测理论,以正交试验数据为样本,建立了变温条件、温度与荷载耦合作用条件的多参数输入结构损伤预测模型。　　最后,根据论文研究成果,从结构设计、材料设计、施工作业等方面为CRCP路面的工程建设提供合理建议,并对论文课题的研究前景进行了展望。
作者：	王斌
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	黄卫;杨军
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文