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原文传递基于裂缝形成规律的连续配筋混凝土路面结构设计方法研究

论文题名：	基于裂缝形成规律的连续配筋混凝土路面结构设计方法研究
关键词：	连续配筋混凝土路面;裂缝形成规律;荷载传递能力;板底脱空;局部整体断裂;结构设计
摘要：	连续配筋混凝土路面(ContinuouslyReinforcedConcretePavement，简称CRCP)是在纵向配置足够数量的连续钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生的开裂、不设胀缝以及缩缝的一种路面结构型式。它是道路工程师为了克服接缝水泥混凝土路面由于横向胀、缩缝等薄弱环节而引起的各种病害（如唧泥、错台等）及改善路用性能而采取的一种形式，是高性能混凝土路面的重要类型之一，适用于重交通高等级道路。CRCP除了具有结构承载能力高、行车舒适性能好，使用寿命长、养护维修少、适用范围广等显著优点外，在某些特殊条件下（如超载交通、重载交通、预期不均匀沉降路段和不良水文地质条件）更能显示出其它路面无法比拟的优越性。　　但是，目前我国连续配筋混凝土路面结构设计还是采用普通混凝土路面结构的设计方法，且设计方法中没有考虑面板板底脱空及裂缝传荷能力的影响，也没有提出明确的极限破坏状态，与工程实际情况区别很大。因此，迫切需要研究出与实际相符的结构设计方法。论文分析了CRCP收缩裂缝形成与发展规律，分析了CRCP裂缝的传荷能力，采用有限元方法分析了考虑板底脱空及裂缝传荷能力的CRCP荷载应力与位移，研究了考虑板底脱空及裂缝传荷能力的CRCP荷载疲劳应力，提出了基于可靠度理论以局部整体断裂为破坏极限状态的CRCP结构设计方法。　　首先，论文分析了CRCP收缩裂缝形成与发展规律。论文建立了连续配筋混凝土路面温缩应力与位移力学计算模型，分别分析了纵向钢筋单独约束、基层单独约束、纵向钢筋与基层共同约束时面板的温缩应力与位移，同时分析了干缩单独作用时面板的收缩应力与位移，并与温缩引起的面板应力与位移进行对比;研究了面板温缩裂缝形成和发展的规律;提出了面板裂缝稳定间距的计算方法与合理范围;分析了面板最大温缩应力的参数敏感性。　　其次，论文分析了CRCP裂缝的传荷能力。论文分析了裂缝传荷能力的机理、评定指标，同时分析了裂缝传荷作用的计算方法;建立了考虑裂缝传荷能力的连续配筋混凝土路面结构三维有限元模型，运用非线性有限元软件ABAQUS数值模拟计算了车辆荷载作用下路面板的应力和位移，分析确定了基层完全支承时考虑裂缝传荷能力的连续配筋混凝土路面的临界荷位;分析了路面结构应力、位移和裂缝传荷系数的参数敏感性。　　再次，论文分析了考虑板底脱空及裂缝传荷能力的CRCP荷载应力。论文分析了水泥混凝土路面板底脱空的形成机理及影响因素，同时分析了板底容易出现脱空的位置及脱空的基本形状、板底脱空数值的估算方法;建立了综合考虑板底脱空及裂缝传荷能力的连续配筋混凝土路面结构三维有限元模型，运用非线性有限元软件ABAQUS数值模拟计算了车辆荷载作用下板底脱空时路面板的应力和位移，分析确定了板底脱空时考虑裂缝传荷能力的连续配筋混凝土路面的临界荷位;按照疲劳等效原理推导出板底脱空时连续配筋混凝土路面的单轴轴载换算公式;分析了板底脱空时路面板力学响应的参数敏感性。　　然后，论文研究了考虑板底脱空及裂缝传荷能力的CRCP荷载疲劳应力。论文介绍了正交设计方法以及多元统计回归分析方法;在此基础上，回归出板底脱空时考虑裂缝传荷能力的连续配筋混凝土板横向最大荷载应力公式;进行了考虑脱空的荷载疲劳应力研究，推导出板底脱空时考虑裂缝传荷能力的荷载最大疲劳应力公式;回归出考虑板底脱空时荷载作用下混凝土板的最大竖向位移公式，并推导出现场混凝土板板底脱空尺寸的估算公式。　　最后，论文提出基于可靠度的以面板局部整体断裂破坏为极限状态的CRCP结构设计方法。论文分析了将局部整体断裂作为路面板在荷载应力和温度应力综合作用下的疲劳极限状态的合理性;在结合前面分析得到的荷载应力计算方法与现行规范中温度应力计算方法的基础上，提出了基于可靠度的以面板局部整体断裂为设计极限状态的连续配筋水泥混凝土路面结构设计方法，并给出了具体设计步骤和流程图，提出反映路面安全性的承载能力极限状态与反映路面耐久性的正常使用极限状态;通过实例，对比分析了规范设计方法与论文设计方法在板底脱空时考虑裂缝传荷能力条件的计算结果，并提出了论文设计方法的适用条件。
作者：	陈小兵
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：	2013
正文语种：	中文