水泥混凝土板下设置沥青隔离层的技术研究

论文摘要

目前,我国水泥混凝土路面出现常见的断板、基层唧浆等早期结构性破坏,特别是在一些重载交通道路上这种破坏表现尤为严重。针对这一实际情况,结合我国目前水泥混凝土路面的结构特点、交通组成以及环境特征,提出在水泥混凝土路面基层顶面设置沥青隔离层的措施,以优化水泥混凝土路面结构,减缓路面的早期破坏。通过分析水泥混凝土路面的结构特点和使用性能要求,阐述了沥青隔离层的主要功能。运用ABAQUS有限元软件,结合实际工程项目建立了水泥混凝土路面结构模型,并进行了模型的验证,在此基础上分别计算了设置沥青隔离层的水泥混凝土路面板在静载、温度应力、耦合应力以及移动荷载作用下的受力情况,分析了沥青隔离层的不同厚度、不同层间结合程度以及不同模量对水泥混凝土路面板受力的影响。结果表明：设置沥青隔离层水泥混凝土路面结构,在静载作用下路面板最大应力减少3.568%；在温度应力作用下路面板最大应力减少6.712%；在耦合应力作用下路面板最大应力减少6.467%；在移动荷载作用下路面板最大应力减少18.10%。设置沥青隔离层对于改善水泥混凝土路面板在各种荷载作用下的受力条件是有利的。结合ABAQUS有限元软件的计算结果,分析了隔离层的厚度、层间结合程度、模量对水泥混凝土路面板受力的影响规律,推荐沥青隔离层厚度为1～2cm,隔离层模量为1200Mpa～1400Mpa,隔离层材料采用沥青表面处治、碎石封层等层间结合较好的材料为宜。本文的研究有助于完善水泥混凝土路面结构设计方法,为减缓现有水泥混凝土路面早期病害的发生,制定养护维修策略、延长其使用寿命提供技术参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题提出
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 现阶段我国水泥混凝土路面存在的主要问题
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内沥青隔离层研究现状
• 1.2.2 国外沥青隔离层研究现状
• 1.3 研究的主要内容
• 第二章 水泥混凝土路面结构组合分析
• 2.1 概述
• 2.2 水泥混凝土路面结构组成
• 2.2.1 水泥混凝土路面板
• 2.2.2 封层/隔离层
• 2.2.3 基层
• 2.2.4 垫层
• 2.3 实际工程项目的路面结构特点
• 2.3.1 环境特性
• 2.3.2 交通组成
• 2.3.3 路面结构组成
• 2.4 水泥路面主要病害类型、形成原因以及对策
• 2.4.1.基层冲刷破坏—唧浆
• 2.4.2.路面板疲劳断裂
• 2.5 沥青隔离层的主要功能
• 2.5.1 防止半刚性基层冲刷
• 2.5.2 粘结水泥混凝土路面板与半刚性基层功能
• 2.5.3 防止路面板断板—提高疲劳寿命功能
• 2.6 本章小结
• 第三章 水泥混凝土路面有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限元基本理论
• 3.2.1 弹性地基薄板有限元分析理论
• 3.2.2 有限元单元的定义
• 3.2.3 层间接触分析
• 3.2.4 荷载施加
• 3.2.5 路面结构模型以及材料参数
• 3.2.6 约束条件以及网格的划分
• 3.2.7 有限元模型的验证
• 3.3 静荷载应力有限元分析
• 3.3.1 隔离层不同厚度对路面板静力的影响分析
• 3.3.2 隔离层不同层间结合程度对路面板静力的影响分析
• 3.3.3 隔离层不同模量对路面板静力的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 设沥青隔离层水泥混凝土路面温度应力及耦合应力分析
• 4.1 概述
• 4.2 路面温度场传热分析基本理论
• 4.3 计算模型与参数
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2.计算参数
• 4.4 路面结构温度应力计算
• 4.4.1 温度场有限元图
• 4.4.2 隔离层不同厚度对路面板温度应力的影响分析
• 4.4.3 隔离层不同层间结合程度对路面板温度应力的影响分析
• 4.4.4 隔离层不同模量对路面板温度应力的影响分析
• 4.5 静载与温度应力耦合作用下的有限元分析
• 4.5.1 隔离层不同厚度对面板耦合应力的影响分析
• 4.5.2 隔离层不同层间结合程度对面板耦合应力的影响分析
• 4.5.3 隔离层不同模量对面板耦合应力的影响分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 移动荷载作下设隔离层水泥混凝土路面动力响应分析
• 5.1 概述
• 5.2 动力学基本理论
• 5.2.1 动力学方程
• 5.3 计算模型、计算参数以及加载方式
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 计算参数
• 5.3.3 加载方式
• 5.4 移动车辆荷载动力响应有限元分析
• 5.4.1 移动荷载不同速度对路面板动力响应的影响分析
• 5.4.2 隔离层不同厚度对路面板动力响应的影响分析
• 5.4.3 隔离层不同层间结合程度对路面板动力响应的影响分析
• 5.4.4 隔离层不同模量对路面板动力响应的影响分析
• 5.5 沥青隔离层厚度与材料的确定
• 5.5.1 沥青隔离层厚度的确定
• 5.5.2 沥青隔离层材料的确定
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 1.结论
• 2.展望
• 参考文献
• 致谢