【博士】破損水泥混凝土路面的修復(fù)設(shè)計及可靠性研究【2008】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：機(jī)械設(shè)計及理論　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：廣東工業(yè)大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　論文以國道321線廣東高要至封開段水泥混凝土路面改造工程為基礎(chǔ)，針對破損水泥混凝土路面修復(fù)設(shè)計和路面耐久性可靠性等科學(xué)問題，進(jìn)行了較系統(tǒng)地試驗和深入的研究。運(yùn)用統(tǒng)計方法分析了破損水泥混凝土路面斷裂破損規(guī)律、在試驗室研究和配制了新型改性瀝青、提出了路面力學(xué)性能監(jiān)測手段、并運(yùn)用有限元方法分析了破損水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)和破損水泥混凝土路面加鋪半剛性基層瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)中各參數(shù)變化對其力學(xué)響應(yīng)的影響，為提高修復(fù)設(shè)計的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，提供了新的力學(xué)檢(監(jiān))測方法和改性瀝青設(shè)計，完善了破損水泥混凝土路面修復(fù)設(shè)計理論。　　論文首先對1．2公里長的試驗路分塊編號，對路面斷裂破損狀況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，繪制路面板的斷裂平面圖，統(tǒng)計分析了斷裂位置與行車方向接縫的距離，通過數(shù)值分析找到了路面在隨機(jī)的車輛荷載和環(huán)境荷載作用下的斷裂規(guī)律，研究了其斷裂機(jī)理，為新建水泥混凝土路面的設(shè)計和破損水泥混凝土路面的修復(fù)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。　　針對破損水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土路面的反射裂縫問題，基于STRATA應(yīng)力吸收層的防裂原理，采用環(huán)氧樹脂和橡膠粉對A級70號瀝青進(jìn)行改性，對加入不同比例和劑量改性劑的改性瀝青進(jìn)行了針入度、軟化點和延度三大指標(biāo)的試驗，同時進(jìn)行了低溫延度和扭轉(zhuǎn)回彈試驗，在實驗室研制出了一種高低溫性能較好的改性瀝青，以該改性瀝青為粘結(jié)材料進(jìn)行了瀝青混合料室內(nèi)試驗，驗證其具有較好的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞性能、抗水損壞性能?！　♂槍δ壳芭卸访娉休d力的主要設(shè)計指標(biāo)路面彎沉的局限性，提出了一種以振弦式應(yīng)變計為基礎(chǔ)新的路面力學(xué)性能檢(監(jiān))測手段。首先將振弦式應(yīng)變計埋入混凝土梁試件和真實混凝土路面，進(jìn)行了相關(guān)的室內(nèi)、室外力學(xué)試驗和室外路面的長期測監(jiān)測后，驗證振弦式應(yīng)變計在水泥混凝土路面的力學(xué)性能測試應(yīng)用中的可行性；設(shè)計了路面力學(xué)性能長期無線自動監(jiān)測系統(tǒng)和人工半自動監(jiān)測系統(tǒng)，并在試驗路段中埋設(shè)了振弦式應(yīng)變計和溫度傳感器，為破損水泥混凝土路面加鋪修復(fù)設(shè)計的各結(jié)構(gòu)層力學(xué)參數(shù)性能的測試，路面結(jié)構(gòu)溫度場的測試、路面在行車荷載及溫度荷載作用下的應(yīng)變、應(yīng)力場的長期監(jiān)測提供了新的方法和手段，為完善破損水泥混凝土路面的修復(fù)設(shè)計理論和可靠性研究提供新的試驗監(jiān)測方法。　　論文利用有限元力學(xué)分析方法，結(jié)合試驗路段實際的結(jié)構(gòu)類型和路面調(diào)查情況，考慮舊路面結(jié)構(gòu)的實際幾何形狀，建立了有限元模型，分析了破損水泥混凝土路面板受到不同的邊界約束條件、荷載作用在路面不同位置、地基模量、路面厚度、脫空尺寸和行車荷載等因素對路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響；同時對試驗路不同時期的承載力進(jìn)行了調(diào)查，分析出加速路面破壞的兩個重要因素：路肩的穩(wěn)定和路面結(jié)構(gòu)的排水能力，針對提高破損水泥混凝土修復(fù)的可靠性，提出了在修復(fù)設(shè)計中必須高度重視路肩的維修和路面結(jié)構(gòu)排水能力的修復(fù)的觀點?！　≌撐睦糜邢拊W(xué)方法對破損水泥混凝土路面沖擊破碎穩(wěn)固或灌漿穩(wěn)固后，加鋪半剛性基層瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析。將理論計算結(jié)果同埋入路面結(jié)構(gòu)的振弦式傳感器所測的應(yīng)變數(shù)據(jù)以及貝克曼梁測得的彎沉測量結(jié)果相比較，驗證了計算模型的有效性和正確性。并以該模型為基礎(chǔ)，分析了舊路面厚度、沖擊破碎尺寸、行車荷載、溫度荷載、加鋪基層的厚度、瀝青混凝土面層模量等因素對舊水泥混凝土路面加鋪路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響。本論文理論研究與實驗研究的成果已應(yīng)用321國道試驗路段。　　

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