农村公路小尺寸水泥混凝土路面设计研究

论文摘要

小尺寸水泥混凝土路面,就是通过减小水泥混凝土板板体的结构尺寸,从而达到降低板厚,节约材料,降低建设成本和养护成本的一种路面结构形式,适用于农村公路中低交通量要求的水泥路面建设。国内外在农村公路建设中,研究课题大多集中于低造价沥青路面、超薄水泥混凝土罩面、水泥混凝土轮迹路面、联锁块路面等方向,关于农村公路小尺寸水泥混凝土路面结构的研究在国内外都很少,尚属探索性研究。无论水泥混凝土板的几何尺寸还是受力状态,小尺寸水泥混凝土路面结构和全断面水泥混凝土路面结构存在着一定的差别,其设计方法不能完全照搬常规水泥混凝土路面的设计方法。基于该原因,本文开展了小尺寸水泥混凝土路面设计研究。本文建立并验证了小尺寸水泥混凝土路面有限元计算模型,通过有限元计算分析,对比荷载作用在小尺寸板不同位置时的最大主应力,确定小尺寸水泥混凝土路面的临界荷位处于纵缝边缘中部。并分析了在路面板厚度、板长、基层模量、基层厚度以及土基模量等不同参数组合时荷载应力和温度应力的变化规律。通过对小尺寸水泥混凝土路面可能破坏模式进行分析,研究认为其主要破坏模式为面层板断裂破坏,提出小尺寸水泥混凝土路面结构设计应以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态;考虑到农村公路使用阶段可能出现的重载现象,提出小尺寸水泥混凝土路面结构设计还应考虑小尺寸板极限断裂的验算。本文还对小尺寸水泥混凝土路面在施工方面与全幅水泥混凝土道路不同的施工方法、施工工艺及要求进行了讨论,分析了边缘约束的施工形式,提出关于分阶段建设的两种铺筑方式,同时针对填充区域的回填以及压实进行分析,并参考现行规范给出了小尺寸水泥混凝土路面的施工质量检查标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 农村公路小尺寸水泥混凝土路面概述
• 1.2 课题来源
• 1.3 研究的背景
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 国内外研究现状
• 1.5.1 国外研究现状
• 1.5.2 国内研究现状
• 1.5.3 国内外研究现状小结
• 1.6 主要研究内容
• 1.6.1 农村公路小尺寸水泥混凝土路面结构设计研究
• 1.6.2 农村公路小尺寸水泥混凝土路面材料组成要求及参数研究
• 1.6.3 农村公路小尺寸水泥混凝土路面施工工艺研究
• 第2章 小尺寸水泥混凝土路面破坏模式分析
• 2.1 小尺寸水泥混凝土路面主要破坏模式分析
• 2.2 小尺寸水泥混凝土路面面层与基层层间接触状态分析
• 2.3 小尺寸水泥混凝土路面基层和土基的剪切破坏分析
• 2.4 小尺寸水泥混凝土路面翻板破坏分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 小尺寸水泥混凝土路面荷载应力有限元分析
• 3.1 小尺寸水泥混凝土路面弹性薄板和地基假定
• 3.1.1 小尺寸水泥混凝土路面板的弹性薄板假定
• 3.1.2 小尺寸水泥混凝土路面板的地基假定
• 3.1.3 小尺寸水泥混凝土路面板的有限尺寸矩形板性质
• 3.2 小尺寸水泥混凝土路面板宽的确定
• 3.2.1 车辆行车轮迹横向分布分析
• 3.2.2 轮距和路面荷载作用形式分析
• 3.3 小尺寸水泥混凝土路面有限元模型
• 3.3.1 小尺寸水泥混凝土路面有限元模型的建立
• 3.3.2 小尺寸水泥混凝土路面有限元模型的材料参数
• 3.3.3 小尺寸水泥混凝土路面有限元模型的单元划分
• 3.3.4 小尺寸水泥混凝土路面有限元模型的计算精度
• 3.3.5 小尺寸水泥混凝土路面有限元模型的验算
• 3.4 小尺寸水泥混凝土路面临界荷位的确定
• 3.4.1 小尺寸水泥混凝土路面荷载条件
• 3.4.2 小尺寸水泥混凝土板临界荷位分析
• 3.5 小尺寸水泥混凝土路面荷载应力有限元计算结果分析
• 3.5.1 最大主应力随深度的变化关系
• 3.5.2 最大主应力随板厚、板长的变化关系
• 3.5.3 最大主应力随基层模量、基层厚度的变化关系
• 3.6 本章小结
• 第4章 小尺寸水泥混凝土路面温度应力有限元分析
• 4.1 小尺寸水泥混凝土路面温度应力有限元模型
• 4.1.1 小尺寸水泥混凝土路面温度应力产生原因
• 4.1.2 小尺寸水泥混凝土路面温度应力有限元模型及验算
• 4.1.3 小尺寸水泥混凝土路面的温度梯度
• 4.2 温度应力的有限元计算结果分析
• 4.2.1 最大主应力随板厚、板长的变化关系
• 4.2.2 最大主应力随基层模量、基层厚度的变化关系
• 4.3 本章小结
• 第5章 小尺寸水泥混凝土路面结构设计方法
• 5.1 设计标准分析
• 5.2 农村公路交通参数分析
• 5.3 荷载疲劳应力分析
• 5.3.1 小尺寸水泥混凝土路面荷载疲劳应力
• 5.3.2 考虑接缝传荷能力的应力折减系数
• 5.3.3 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数
• 5.3.4 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响的综合系数
• 5.4 温度疲劳应力分析
• 5.4.1 小尺寸水泥混凝土路面温度疲劳应力
• 5.4.2 温度疲劳应力系数
• 5.5 小尺寸水泥混凝土路面典型结构
• 5.6 小尺寸水泥混凝土路面典型结构极限荷载验算
• 5.7 小尺寸水泥混凝土路面与普通水泥混凝土路面应力对比
• 5.8 本章小结
• 第6章 小尺寸水泥混凝土路面施工技术要求
• 6.1 小尺寸水泥混凝土路面施工组织及材料要求
• 6.1.1 小尺寸水泥混凝土路面施工组织
• 6.1.2 小尺寸水泥混凝土路用材料要求
• 6.2 小尺寸水泥混凝土路面施工工艺及要求
• 6.2.1 小尺寸水泥混凝土道路路基施工
• 6.2.2 小尺寸水泥混凝土道路粘土封层施工
• 6.2.3 小尺寸水泥混凝土路面基层施工
• 6.2.4 小尺寸水泥混凝土路面面层施工
• 6.3 施工质量检查及要求
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录I 荷载应力计算结果
• 附录Ⅱ温度应力计算结果
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢