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【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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