水泥混凝土路面脹縫處面板開裂研究.pdf

1、水泥混凝土路面，俗稱“白色路面”，是一種高級(jí)路面，具有很高的強(qiáng)度、耐久性、耐磨性以及良好的粗糙表面，因此它具有較高的抗壓、抗彎拉、抗磨耗的力學(xué)強(qiáng)度。隨著我國(guó)水泥工業(yè)的發(fā)展以及瀝青資源的缺乏，在城市道路和公路中，用水泥混凝土作為路面結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，越來越明顯了，在整個(gè)路面中占的比重越來越大。自20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)水泥混凝土路面以前所未有的速度快速發(fā)展。目前中國(guó)已成為當(dāng)今世界上擁有水泥混凝土路面里程最多的國(guó)家之一。 水泥混凝土

2、路面由于氣候、溫度和濕度的變化，會(huì)使板體產(chǎn)生膨脹和收縮，因而需要在路面板上每隔適當(dāng)?shù)木嚯x，沿縱向和橫向設(shè)置必要的接縫。接縫分脹縫和縮縫，脹縫可使混凝土板有膨脹的余地，從而避免產(chǎn)生過大的熱壓應(yīng)力。由于外界溫度的變化和車輛荷載的破壞作用，混凝土路面在通車不久就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，在可能出現(xiàn)的破壞中，脹縫的破壞占有重要的地位，脹縫的破壞導(dǎo)致脹縫處面板產(chǎn)生了嚴(yán)重的開裂，不僅嚴(yán)重影響了公路的通行能力和行車的舒適性與安全性，而且還會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響

3、。 對(duì)典型普通水泥混凝土路面板的路況病害調(diào)查表明，脹縫處面板容易產(chǎn)生斷裂、擠碎、唧泥、拱起、錯(cuò)臺(tái)等破壞現(xiàn)象，損壞率達(dá)到80‰軸載的作用對(duì)混凝土脹縫處面板產(chǎn)生破壞的影響是文章研究的主要對(duì)象之一。與此同時(shí)，路面結(jié)構(gòu)也直接承受自然因素的影響，混凝土面板隨著外界環(huán)境溫度的變化也相應(yīng)地產(chǎn)生周期性變化，產(chǎn)生伸縮變形和翹曲變形。因而，溫度變化對(duì)水泥路面板的影響是較大的。對(duì)面板的脹縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力作定量的分析和計(jì)算，也是重點(diǎn)研究的對(duì)象之一。

4、 除了荷載與溫度外，脹縫處水泥混凝土面板的破壞還有很多因素：雨水能滲入基層，使基層強(qiáng)度降低，在路面板下形成脫空區(qū)，車輛通過時(shí)對(duì)混凝土板產(chǎn)生沖擊破壞；設(shè)計(jì)中的水泥材料性能、集料的配比和外加劑的技術(shù)性能對(duì)混凝土面板的早期破壞也有影響：脹縫結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)、填縫料和脹縫板材料的選用、傳力桿尺寸的選用都會(huì)影響到脹縫的使用性能，從而影響到脹縫處混凝土面板的使用性能。 通過對(duì)典型水泥混凝土路面脹縫處進(jìn)行路表彎沉值和取芯測(cè)試，并對(duì)脫空機(jī)理進(jìn)

5、行分析和計(jì)算，采用解析方法得到不同脫空面積下脫空截面處的彎拉應(yīng)力數(shù)據(jù)，得到脫空板截面的最大彎拉應(yīng)力是隨著脫空區(qū)的增大而增加的結(jié)論：當(dāng)脫空區(qū)(呈矩形)越來越大時(shí)，脫空板體產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力則越來越大，在荷載疲勞累積損傷作用下很快就達(dá)到極限疲勞壽命，從而說明了在車輛的重載和頻繁經(jīng)過下，遭到破壞的脹縫處周圍脫空的混凝土板極容易發(fā)生破裂和損壞。 基層的材料、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和排水能力對(duì)面層的使用會(huì)造成一定程度的影響。通過計(jì)算分析表明：隨著基層強(qiáng)

6、度(當(dāng)量回彈模量)的增大，板內(nèi)應(yīng)力逐漸減少；隨著板厚的增加，面板應(yīng)力也逐漸減少。所以基層的設(shè)計(jì)要保證有一定的厚度、平整度和良好的排水措施，并采用抗凍脹、耐沖刷、強(qiáng)度高的半剛性材料來達(dá)到保障路面使用壽命的目的。 在對(duì)前人水泥混凝土路面開裂研究成果的基礎(chǔ)上，通過廣泛收集水泥混凝土公路的資料，深入研究混凝土路面力學(xué)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，學(xué)習(xí)水泥混凝土材料的設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用有限元方法來計(jì)算水泥混凝土路面的脹縫處面板在交通荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與溫

7、度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。路面的力學(xué)性能分析是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，將力學(xué)分析應(yīng)用到水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計(jì)方法中，并開展系統(tǒng)的研究，可以對(duì)路面結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的優(yōu)化。 隨著文章對(duì)有限元分析法研究工作的逐步深入，針對(duì)有限大混凝土路面矩形板塊計(jì)算脹縫處面板的應(yīng)力及位移，已初步得到了解決。文章計(jì)算結(jié)果表明：運(yùn)用有限元法來對(duì)交通荷載作用下脹縫處面板的應(yīng)力進(jìn)行分析是行之有效的，可以得到其應(yīng)力變化規(guī)律和特征；另外，用有限元法計(jì)算混凝土路面在