多年凍土地區(qū)水泥混凝土路面破壞模式及結(jié)構(gòu)可靠度研究.pdf

1、水泥混凝土路面以其高強(qiáng)度、良好的穩(wěn)定性和耐久性及施工便易、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著國家西部及東北地區(qū)建設(shè)的深入開展以及多年凍土地區(qū)路網(wǎng)密度的不斷提高,復(fù)雜氣候環(huán)境條件下以及不良地質(zhì)地段路面早期破壞問題日漸突出,直接影響到公路的使用性能,增大了公路維護(hù)工作量,深入開展多年凍土地區(qū)路面理論研究迫在眉睫。針對(duì)多年凍土地區(qū)氣候及地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn),就水泥混凝土路面板內(nèi)應(yīng)力及破壞模式進(jìn)行分析,對(duì)完善水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論,提高水泥混凝土路

2、面使用性能,降低維護(hù)費(fèi)用,具有重要意義。
　　本文以ANSYS有限元分析軟件為主要工具,其研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)建立東北多年凍土地區(qū)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)熱交換數(shù)學(xué)模型,并分析該地區(qū)混凝土路面的最大溫度梯度;(2)考慮外界氣候條件對(duì)混凝土路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響,利用有限元分別對(duì)四邊自由混凝土板和設(shè)置傳力桿混凝土路面在最大負(fù)溫度梯度條件下的最大拉應(yīng)力和翹曲變形進(jìn)行計(jì)算分析;(3)模擬分析不同施工季節(jié)和不同澆筑時(shí)間對(duì)路面結(jié)構(gòu)溫度梯度

3、及早期應(yīng)力的影響;(4)計(jì)算分析行車荷載與最大溫度梯度共同作用時(shí)對(duì)路面性能的影響,討論分析最不利荷載位置和各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)縱向最大拉應(yīng)力及板角位移的影響,并提出該地區(qū)水泥混凝土路面的破壞模式和正常使用壽命;(5)結(jié)合隨機(jī)有限元和結(jié)構(gòu)可靠度理論,探討水泥混凝土路面設(shè)計(jì)可靠度設(shè)計(jì)方法。
　　通過研究得到以下結(jié)論:(1)采用混凝土路面熱交換數(shù)學(xué)模型對(duì)路面溫度場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果可以滿足工程精度要求,給出了以最大負(fù)溫度梯度作為該地區(qū)混凝土路面設(shè)計(jì)溫

4、度標(biāo)準(zhǔn)值的依據(jù)和推薦值;(2)在接縫處設(shè)置傳力桿能有效地降低路面板的翹曲變形,提高路面板的平整度和減少錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象,但縱向最大拉應(yīng)力也會(huì)有所增加;(3)為了減小混凝土路面結(jié)構(gòu)的自身初始翹曲應(yīng)力,應(yīng)盡量避免在夏季炎熱中午時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑,秋冬季施工時(shí)應(yīng)采用一定保溫措施防止混凝土路表出現(xiàn)早期開裂;(4)在負(fù)溫度梯度和行車荷載綜合作用下,混凝土路面容易出現(xiàn)自上而下的橫向開裂破壞,并由最大拉應(yīng)力估算出路面正常使用壽命為4年左右;地基不均勻融沉在路