連續(xù)配筋水泥混凝土路面沖斷破壞預(yù)估模型研究.pdf

1、沖斷破壞是連續(xù)配筋水泥混凝土路面（Continuously Reinforced Concrete Pavement，簡(jiǎn)稱CRCP）的主要破壞形式。沖斷破壞的影響因素復(fù)雜，至今尚未有一個(gè)能被廣泛接受的預(yù)估模型，國(guó)內(nèi)外的CRCP設(shè)計(jì)方法在沖斷預(yù)測(cè)方法上還有很大的改進(jìn)空間。板頂位置的縱向開裂和基層的沖刷是沖斷發(fā)生的兩大要素。路面結(jié)構(gòu)、材料特性和施工條件都對(duì)沖斷發(fā)生有重要影響。本文通過(guò)數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和對(duì)美國(guó)路面長(zhǎng)期性能（Long Te

2、rm Pavement Performance，簡(jiǎn)稱LTPP）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，指出了當(dāng)前美國(guó)和國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)方法的不足，展開了基于CRCP疲勞特性分析的沖斷預(yù)測(cè)模型研究。
　　編制了可以考慮材料特性、天氣特征和施工條件的數(shù)值模擬程序RP_TMP，用于預(yù)測(cè)混凝土板內(nèi)的溫度變化規(guī)律，以及板內(nèi)沿深度方向不同位置的水泥混
　　凝土凝結(jié)時(shí)的溫度。并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究不同攤鋪條件下混凝土在硬化時(shí)板內(nèi)溫度場(chǎng)分布，使用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模擬程序也

3、進(jìn)行驗(yàn)證。運(yùn)用溫度矩的概念，提出一種使用等效硬化線性溫度差作為混凝土板內(nèi)硬化溫度梯度的表征的方法。分析了施工季節(jié)、施工時(shí)機(jī)和養(yǎng)生方式對(duì)硬化溫度場(chǎng)的影響；根據(jù)路面內(nèi)的硬化和使用期溫度場(chǎng)均為非線性的特點(diǎn)，建立了一種能夠考慮非線性硬化溫度梯度的剛性路面溫度應(yīng)力預(yù)測(cè)方法。計(jì)算結(jié)果表明：在高溫季節(jié)施工，將使在使用期混凝土板頂位置的溫度應(yīng)力值和拉應(yīng)力出現(xiàn)的頻率大大增加。進(jìn)一步說(shuō)明施工條件對(duì)板頂?shù)桨宓组_裂有很大影響。通過(guò)對(duì)LTPP中路面使用性能的數(shù)據(jù)

4、進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)高溫季節(jié)施工的水泥混凝土路面的橫向開裂數(shù)目和縱向開裂長(zhǎng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低溫季節(jié)施工的情況，驗(yàn)證了本文關(guān)于溫度應(yīng)力的計(jì)算模型。
　　根據(jù)設(shè)置硬路肩的CRCP的沖斷破壞數(shù)量大大減少的工程現(xiàn)象，斷定路肩位置的傳荷能力對(duì)CRCP的力學(xué)響應(yīng)有顯著的影響。進(jìn)而使用ISLAB2000軟件分析了不同路面結(jié)構(gòu)參數(shù)、開裂間距、橫向裂縫傳荷能力、路肩位置傳荷能力共同作用對(duì)CRCP臨界荷位板頂位置最大拉應(yīng)力的影響，并使用ISLAB2000的

5、計(jì)算結(jié)果訓(xùn)練了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于板頂最大拉應(yīng)力的預(yù)測(cè)?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，使用正交試驗(yàn)分析了對(duì)各因素對(duì)板頂位置拉應(yīng)力影響的敏感性進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)路肩位置傳荷能力的影響大于橫向裂縫位置，說(shuō)明了在CRCP設(shè)計(jì)中考慮路肩傳荷能力的重要性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)美國(guó)得州農(nóng)工大學(xué)使用HWTD進(jìn)行的基層沖刷深度檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，分析了LTPP數(shù)據(jù)中傳荷能力與錯(cuò)臺(tái)高度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)接縫位置傳荷能力隨錯(cuò)臺(tái)高度的增加而減小。進(jìn)而建立了傳荷能力、路面等效厚度與沖刷深度與之

6、間的聯(lián)系，描述了CRCP使用過(guò)程中由于路肩位置基層材料的沖刷損失而引起的傳荷能力衰減，及等效混凝土厚度減小對(duì)板頂拉應(yīng)力的影響。
　　CRCP的沖斷發(fā)生的危險(xiǎn)率非固定值，CRCP的沖斷發(fā)生與荷載累計(jì)作用次數(shù)之間服從Weibull分布。根據(jù)LTPP的路面使用性能的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為分組數(shù)據(jù)的這一特點(diǎn)，建立了一套根據(jù)LTPP分組數(shù)據(jù)的CRCP沖斷模型的參數(shù)估計(jì)方法。主要包括荷載累計(jì)作用次數(shù)的計(jì)算、樣本數(shù)目的確定、使用分組數(shù)據(jù)建立極大似然方程、最