水泥混凝土路面路基不均勻變形分析與控制.pdf

1、水泥混凝土路面強度高、使用壽命長、日常養(yǎng)護工作量小，是高等級公路的重要路面形式。水泥路面剛度大，應力擴散能力強，因此對路基強度的要求不高，一般的天然地基經(jīng)過簡單處理均能滿足強度要求。然而混凝土為脆性材料，對下臥結(jié)構(gòu)層的適應能力差，我國現(xiàn)行的水泥混凝土路面設計規(guī)范對路基的基本要求是穩(wěn)定、密實、均質(zhì)，為路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承。 路基的不均勻變形成因于公路沿線地質(zhì)條件及填土材料的不均勻和外界影響因素的差異性，在地質(zhì)不良地區(qū)修筑水泥混凝

2、土路面需要關注路基不均勻變形對路面結(jié)構(gòu)的影響，并尋求減少這種不利影響的措施途徑。 本文系統(tǒng)總結(jié)了路基不均勻變形的來源、形態(tài)及特征； 分析了行車荷載作用下水泥路面路基的永久變形及其對路面結(jié)構(gòu)的影響； 詳細闡述了考慮路基不均勻變形的彈性地基板結(jié)構(gòu)分析過程； 并從水泥路面結(jié)構(gòu)性和功能性要求兩方面，對路基的不均勻變形提出了控制指標與標準。 本文的研究內(nèi)容及成果主要包括以下幾個方面： 一、路基不均勻

3、變形在空間分布上可分為橫向不均勻和縱向不均勻變形，主要在下述情況下出現(xiàn)： (1)軟弱地基的不均勻沉降； (2)填挖交替或新老填土交替； (3)季節(jié)性冰凍地區(qū)的不均勻凍脹； (4)填土因壓實不足而引起的壓密變形，受濕度變化影響而產(chǎn)生的膨脹收縮變形。 二、采用應變分層總和法，對我國典型水泥混凝土路面在行車荷載作用下路基的永久變形進行了預估，并給出了其空間分布形態(tài)；借助于有限元程序KENSIABS，分析

4、了路基永久變形引起的水泥路面結(jié)構(gòu)響應及其對路面使用壽命的影響，并對不同基層類型造成的力學模型差異進行了討論。 三、假設路基橫向不均勻變形斷面為二次拋物線，推導了“盆狀”彈性地基板在自重作用下?lián)锨⒎址匠痰慕馕鼋?；計算了當面層板與地基剛好完全接觸時的地基變形斷面曲率臨界值，當曲率超過此臨界值時，編制了基于Matlab的計算程序，用以分析板與地基部分接觸時的脫空區(qū)域、脫空量以及板自重作用下的結(jié)構(gòu)響應。 四、建立了基于ANSY

5、S的剛性路面3DU491.17 ，用于分析考慮路基不均勻變形的行車荷載應力；通過“工況”疊加的方法，解決了力學求解時外力和位移邊界約束條件同時存在的矛盾；并給出了基于迭代求解思想的彈性地基板存在脫空時的行車荷載應力計算方法。 五、選取路基最大沉降量和沉降曲線半波長平方的比值δmax/T2作為路基不均勻變形的控制指標；對我國現(xiàn)行水泥混凝土路面厚度設計的極限設計狀態(tài)方程添加了路基不均勻變形引起的附加應力項，從而從路面結(jié)構(gòu)性要求角度對