连续配筋水泥混凝土路面冲断机理与控制指标研究

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连续配筋混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement,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、养护维修少等显著优点外,在某些特殊条件下(如超载交通、重载交通)更能显示出其它路面无法比拟的优越性。然而在温度荷载、车辆荷载以及雨水等自然环境因素的综合作用下板底会出现脱空,并出现了冲断、坑槽、网裂、剥落、表面磨光等病害,根据对国内外已建的CRCP病害调查发现,除冲断以外的病害仅零星发生,冲断(punch-out)是最主要的病害,能占到影响行车病害总量的90%以上,因此开展对CRCP冲断机理的研究并提出相应的控制指标具有重要学术价值和重大工程意义。  本文在大量查阅国内外相关技术资料及研究成果的基础上,利用相应的数学理论和有限元方法,针对连续配筋水泥混凝土路面冲断机理和影响因素进行了深入的研究。  首先,广泛查阅国内外相关文献,参考已有的计算模型,应用有限元方法进行了大量的试算,对如何确定模型进行了讨论,主要包括车辆荷载的简化、单元类型和单元密度的选取、裂缝传荷能力的模拟的确定等,最终建立了CRCP的三维有限元计算模型。  其次,利用所建有限元模型,对支撑良好的CRCP的荷载应力进行了计算分析,确定了冲断破坏的临界荷位,得到了横向向裂缝间距、裂缝宽度、配筋率及路面结构参数等对CRCP路面荷载板宽方向应力的影响,得到了横向荷载应力的变化发展规律。  再次,论文分析了全厚度板冲断(full-depth punch-out)破坏机理及控制指标。论文分析了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;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,计算了车辆荷载作用下板底脱空时路面板的应力和位移,确定了板底脱空时的连续配筋混凝土路面的临界荷位;分析了板底脱空时路面板力学响应的参数敏感性,确定了全厚度板冲断机理及控制指标;研究了考虑板底脱空的CRCP荷载疲劳应力,推导出板底脱空时的荷载最大疲劳应力公式。  然后,论文分析了半厚度板冲断(mid-depth punch-out)破坏机理及控制指标。论文对水平裂缝的产生进行了理论分析,建立了综合考虑筋-砼滑移和板底摩擦滑移的连续配筋混凝土路面结构二维有限元模型;通过对路面结构温度应力分析确定了水平裂缝的产生机理,分析了水平开裂的参数敏感性;通过对板中钢筋附近的应力计算分析和现场取芯调查结果,确定了半厚度板冲断产生机理及控制指标。  最后,将玄武岩纤维筋(BFRP)与钢筋对CRCP冲断的影响进行了比较,对BFRP-CRCP裂缝传荷能力及冲断进行了参数敏感性分析。
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