【博士】舊水泥混凝土路面共振碎石化及瀝青加鋪技術(shù)【2008】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2008年　　目前需加鋪瀝青面層的舊水泥混凝土路面的比例越來越高，如何解決其關(guān)鍵技術(shù)問題顯得非常迫切。雖共振碎石化技術(shù)在美國“白+黑”工程中得到廣泛應(yīng)用，但在國內(nèi)尚屬空白，其碎石化力學(xué)機(jī)理、碎石化層材料及結(jié)構(gòu)特性、含碎石化層路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)、瀝青加鋪層厚度設(shè)計(jì)方法等需做許多研究工作。本文結(jié)合我國大量舊水泥路面加鋪改造的技術(shù)需求，對這些問題進(jìn)行研究。　　首先，論文在分析共振碎石化過程的基礎(chǔ)上，根據(jù)振動理論推導(dǎo)了水泥板的振動響應(yīng)方程，從中指出“共振”的原理，提出應(yīng)從錘頭激振力和振動頻率兩方面控制，而振動頻率至關(guān)重要，是決定能否實(shí)現(xiàn)水泥板“共振”的關(guān)鍵因素。通過對振動方程的求解，得到了K地基上板的最低固有頻率公式；并計(jì)算了不同路況條件下水泥板的固有頻率。在此基礎(chǔ)上提出了共振碎石化時(shí)碎石化機(jī)施工參數(shù)選取的幾條建議?！　∑浯危鶕?jù)試驗(yàn)路段的試驗(yàn)分析，展開了碎石化層材料性能和結(jié)構(gòu)性能的研究。通過現(xiàn)場調(diào)查、鉆芯取樣、開挖檢查坑的手段，獲得了碎石化層基本物理特性參數(shù)，明確了碎石化層的級配問題；通過對試驗(yàn)路段大量FWD彎沉數(shù)據(jù)的分析，表明碎石化加鋪路面中，設(shè)計(jì)彎沉的計(jì)算公式ld=600Ne-0.2AcAsAb中的路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)Ab應(yīng)取值為1.6，這符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定；利用BISAR軟件并根據(jù)彎沉等效的原理，對含碎石化層的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量計(jì)算，通過回歸分析獲得了適于計(jì)算碎石化層的諾莫圖，即根據(jù)碎石化層頂面當(dāng)量回彈模量、碎石化后舊路基層頂面當(dāng)量回彈模量、碎石化層厚度，直接查圖可求出碎石化層模量；通過對試驗(yàn)路段承載板測試計(jì)算及FWD測試反算相結(jié)合的辦法，發(fā)現(xiàn)碎石化層靜態(tài)模量在470～890MPa之間，動態(tài)模量在700～1500MPa之間，碎石化對舊水泥混凝土路面下基層頂面綜合模量造成30％～40％的衰減，但碎石層頂面當(dāng)量回彈模量在250～520MPa之間，具備足夠的承載能力?！　∪缓?，本文對含碎石化層的瀝青加鋪路面結(jié)構(gòu)建立了有限元模型并進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果表明，荷載作用中心點(diǎn)及附近一定區(qū)域，瀝青加鋪層層底受拉：當(dāng)碎石化層模量較小(接近300MPa)或加鋪層厚(大于20cm)時(shí)層底拉應(yīng)力均較大，在重載作用下層底拉應(yīng)力更大，因此碎石化道路必須驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力指標(biāo)。為使瀝青層層拉應(yīng)力峰值不至于過大甚至超過容許拉應(yīng)力，使得受拉區(qū)域控制在一定范圍以內(nèi)，同時(shí)為降低加鋪層豎向剪應(yīng)力及土基頂面壓應(yīng)變，碎石化層的模量不宜太小，建議控制在500MPa以上。碎石化層模量在1000MPa以上時(shí)，提高其模量對降低彎沉貢獻(xiàn)不大，考慮到碎石化層模量越大，說明破碎越不徹底，加鋪路面產(chǎn)生反射裂縫的可能性也越大，碎石化層模量建議控制在1000MPa以下。　　最后，文中通過對美國碎石化加鋪路面設(shè)計(jì)通常采用的AI經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法及AASTHO經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的分析，指出兩種經(jīng)驗(yàn)法存在的問題；通過對碎石化加鋪路面失效模式的分析，探討其設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用路表彎沉、瀝青加鋪層層底拉應(yīng)力兩項(xiàng)指標(biāo)控制，是否需要采用土基頂面壓應(yīng)變指標(biāo)控制永久變形仍需進(jìn)一步研究；結(jié)合我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，探討了適于我國舊水泥混凝土路面碎石化瀝青加鋪層厚度計(jì)算的力學(xué).經(jīng)驗(yàn)法，并提供了厚度推薦值。　　

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