【博士】考慮沖刷脫空的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)研究【2009】

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　　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：長(zhǎng)安大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　我國(guó)水泥混凝土路面早期損壞比較嚴(yán)重，造成這種現(xiàn)狀固然有施工質(zhì)量差，后期養(yǎng)護(hù)不到位等原因，但重載交通條件下路面基層材料抗沖刷能力不足，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮板底沖刷脫空對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，路面面層設(shè)計(jì)厚度過(guò)薄是造成目前我國(guó)水泥混凝土路面早期損壞一個(gè)深層原因。本文深入開(kāi)展了路面行車荷載與水耦合作用下基層沖刷和路面板底脫空發(fā)展規(guī)律研究，提出可應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基層抗沖刷試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)；建立了路面板底沖刷脫空預(yù)估模型，通過(guò)板底脫空路面結(jié)構(gòu)三維有限元計(jì)算及回歸分析，給出了脫空路面荷載應(yīng)力計(jì)算公式；依據(jù)室內(nèi)混凝土小梁疲勞試驗(yàn)理論推導(dǎo)出可用于脫空路面計(jì)算的變荷載重復(fù)作用下混凝土小梁疲勞方程，提出了脫空路面荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算方法。綜合上述研究，系統(tǒng)提出了考慮路面板底沖刷脫空的水泥混凝土路　　面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法?！　∷嗷炷谅访嬲{(diào)查分析表明，現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法沒(méi)有定量提出基層材料抗沖刷評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，路面面層厚度設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮基層沖刷和路面板底脫空影響，路面面層設(shè)計(jì)厚度過(guò)薄是造成我國(guó)水泥路面早期損壞一個(gè)深層原因?！　÷访姘宓讻_刷唧泥現(xiàn)象只在大氣降水和雨后板底脫空區(qū)處于半飽和狀態(tài)的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)，板底沖刷水壓力與車速和軸重有關(guān)。車速越高，水壓力越大：軸重越大，水壓力越大。綜合考慮路面基層材料實(shí)際使用條件，提出考慮荷載作用次數(shù)的基層材料抗沖刷評(píng)價(jià)指標(biāo)一沖刷系數(shù)恕，推薦水壓力50 KPa作為材料沖刷試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)水壓力?！　⊙芯块_(kāi)發(fā)了水壓力可調(diào)的氣動(dòng)沖刷試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行了水泥土、二灰土及二灰碎石材料沖刷試驗(yàn)，得出二灰土抗沖刷性能最好，二灰碎石次之，水泥土最差?！　÷访姘宓酌摽阵w形狀接近于圓錐體或棱錐體．脫空高度與脫空面邊長(zhǎng)相比非常小，通過(guò)引入基層材料沖刷系數(shù)，及降水天氣修正系數(shù)％概念，提出了路面初始使用階段沖刷脫空預(yù)估模型和路面出現(xiàn)脫空后脫空預(yù)估模型?！　〗⒘寺访姘暹吙v縫中部和板角脫空三維有限元結(jié)構(gòu)分析模型，通過(guò)計(jì)算得出路面板底出現(xiàn)脫空后，荷載應(yīng)力隨板底脫空面積的增大而顯著增加。進(jìn)一步分析表明，對(duì)于板邊縱縫中部脫空，板內(nèi)荷載應(yīng)力與板底脫空半徑是指數(shù)關(guān)系，與路面板的相對(duì)剛度半徑是乘冪關(guān)系。對(duì)于板角脫空路面，板內(nèi)荷載應(yīng)力與脫空半徑是線性關(guān)系?！　⊥ㄟ^(guò)對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果回歸分析，得出板邊縱縫中部脫空和板角脫空荷載應(yīng)力擬合公式，在綜合考慮基層頂面當(dāng)量模量變化和荷載軸重變化基礎(chǔ)上，提出脫空路面荷載應(yīng)力計(jì)算公式?！　∫罁?jù)室內(nèi)混凝土小梁疲勞試驗(yàn)基本理論，推導(dǎo)出可用于脫空路面計(jì)算的變荷載重復(fù)作用下混凝土疲勞方程。通過(guò)引入降水天氣修正系數(shù)毛，提出考慮路面板底脫空和沖刷的路面板荷載疲勞應(yīng)力實(shí)用計(jì)算公式?！　∫罁?jù)疲勞損傷等效原則，提出可用于路面荷載應(yīng)力分析的脫空路面軸載換算關(guān)系式?！　【C合以上分析，系統(tǒng)提出了考慮路面板底沖刷脫空的水泥混凝±路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并給出了路面設(shè)計(jì)流程圖。　　

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