详情

原文传递水泥混凝土路面胀缝处面板开裂研究

论文题名：	水泥混凝土路面胀缝处面板开裂研究
关键词：	水泥混凝土路面;路面胀缝;面板开裂;荷载应力;温度应力;有限元法
摘要：	水泥混凝土路面，俗称“白色路面”，是一种高级路面，具有很高的强度、耐久性、耐磨性以及良好的粗糙表面，因此它具有较高的抗压、抗弯拉、抗磨耗的力学强度。随着我国水泥工业的发展以及沥青资源的缺乏，在城市道路和公路中，用水泥混凝土作为路面结构的发展趋势，越来越明显了，在整个路面中占的比重越来越大。自20世纪90年代以来，我国水泥混凝土路面以前所未有的速度快速发展。目前中国已成为当今世界上拥有水泥混凝土路面里程最多的国家之一。水泥混凝土路面由于气候、温度和湿度的变化，会使板体产生膨胀和收缩，因而需要在路面板上每隔适当的距离，沿纵向和横向设置必要的接缝。接缝分胀缝和缩缝，胀缝可使混凝土板有膨胀的余地，从而避免产生过大的热压应力。由于外界温度的变化和车辆荷载的破坏作用，混凝土路面在通车不久就会出现严重的病害，在可能出现的破坏中，胀缝的破坏占有重要的地位，胀缝的破坏导致胀缝处面板产生了严重的开裂，不仅严重影响了公路的通行能力和行车的舒适性与安全性，而且还会产生不良的社会影响。对典型普通水泥混凝土路面板的路况病害调查表明，胀缝处面板容易产生断裂、挤碎、唧泥、拱起、错台等破坏现象，损坏率达到80‰轴载的作用对混凝土胀缝处面板产生破坏的影响是文章研究的主要对象之一。与此同时，路面结构也直接承受自然因素的影响，混凝土面板随着外界环境温度的变化也相应地产生周期性变化，产生伸缩变形和翘曲变形。因而，温度变化对水泥路面板的影响是较大的。对面板的胀缩应力和翘曲应力作定量的分析和计算，也是重点研究的对象之一。除了荷载与温度外，胀缝处水泥混凝土面板的破坏还有很多因素：雨水能渗入基层，使基层强度降低，在路面板下形成脱空区，车辆通过时对混凝土板产生冲击破坏；设计中的水泥材料性能、集料的配比和外加剂的技术性能对混凝土面板的早期破坏也有影响：胀缝结构的尺寸设计、填缝料和胀缝板材料的选用、传力杆尺寸的选用都会影响到胀缝的使用性能，从而影响到胀缝处混凝土面板的使用性能。通过对典型水泥混凝土路面胀缝处进行路表弯沉值和取芯测试，并对脱空机理进行分析和计算，采用解析方法得到不同脱空面积下脱空截面处的弯拉应力数据，得到脱空板截面的最大弯拉应力是随着脱空区的增大而增加的结论：当脱空区(呈矩形)越来越大时，脱空板体产生的弯矩应力则越来越大，在荷载疲劳累积损伤作用下很快就达到极限疲劳寿命，从而说明了在车辆的重载和频繁经过下，遭到破坏的胀缝处周围脱空的混凝土板极容易发生破裂和损坏。基层的材料、强度、稳定性和排水能力对面层的使用会造成一定程度的影响。通过计算分析表明：随着基层强度(当量回弹模量)的增大，板内应力逐渐减少；随着板厚的增加，面板应力也逐渐减少。所以基层的设计要保证有一定的厚度、平整度和良好的排水措施，并采用抗冻胀、耐冲刷、强度高的半刚性材料来达到保障路面使用寿命的目的。在对前人水泥混凝土路面开裂研究成果的基础上，通过广泛收集水泥混凝土公路的资料，深入研究混凝土路面力学设计的理论知识，学习水泥混凝土材料的设计方法，运用有限元方法来计算水泥混凝土路面的胀缝处面板在交通荷载作用下产生的应力与温度变化产生的温度应力。路面的力学性能分析是路面结构设计的基本依据，将力学分析应用到水泥混凝土路面结构性能与设计方法中，并开展系统的研究，可以对路面结构作进一步的优化。随着文章对有限元分析法研究工作的逐步深入，针对有限大混凝土路面矩形板块计算胀缝处面板的应力及位移，已初步得到了解决。文章计算结果表明：运用有限元法来对交通荷载作用下胀缝处面板的应力进行分析是行之有效的，可以得到其应力变化规律和特征；另外，用有限元法计算混凝土路面在温度变化下产生的应力也能反映混凝土面板材料受温度变化而产生破坏的规律。
作者：	方玲
专业：	森林工程
导师：	朱德滨
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南林学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文