基于有限元分析的水泥路面板下脱空评价技术研究

论文摘要

脱空是水泥混凝土路面的常见病害之一。路面板下出现了脱空,这对水泥混凝土路面板的受力是极为不利的,在荷载的作用下,脱空部位的边缘将会产生应力集中现象,由于早期出现的脱空病害不能从路表得到及时的发现,路面在使用过程中脱空会逐步发展,再加上重车交通的荷载重复作用,最终导致路面板的断裂,影响路面的行车状况。因此判断路面板下是否存在脱空显得尤为重要,但根据目前国内外的分析研究表明,要准确有效地进行水泥混凝土路面板下脱空状况的评定是很困难的。本论文用威斯特卡德理论验证了ANSYS三维有限元分析水泥混凝土路面板下脱空的正确性,并应用ANSYS分析软件依据实际需要判定的路面结构参数建立路面及地基支撑模型,假定在板角与板边中部存在一定面积的脱空,施加的荷载与FWD实测时相同,之后在ANSYS的后处理中查看检测点的弯沉值,如果FWD的现场实测的中心处弯沉值超过或等于软件计算出的弯沉值,可以初步断定FWD的实测路面板区域下方存在与假定形状面积相当的脱空,或者存在大于假定脱空面积的脱空。根据此思路提出了判断脱空的评价方法。在黑龙江省某高速公路检测过程中,试验应用该方法进行板下脱空分析,并经地质雷达及钻探验证本论文判断的脱空都存在,证实所做判断与实际相符。经工程实例验证,利用该方法能够快速评价水泥混凝土路面是否存在板下脱空,并评估脱空的面积。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的工程背景
• 1.1.1 水泥混凝土路面建设进程
• 1.1.2 我国公路水泥混凝土路面的技术发展过程
• 1.1.3 水泥混凝土路面的特点
• 1.2 国内外研究概况及问题的提出
• 1.2.1 国内外研究概况
• 1.2.2 问题的提出
• 1.3 研究内容及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 2 水泥混凝土路面板底脱空成因及危害
• 2.1 水泥混凝土路面板底脱空成因
• 2.2 水泥混凝土路面板底脱空对路面的危害
• 2.3 本章小结
• 3 刚性路面结构分析理论、有限元分析软件和FWD简介
• 3.1 弹性薄板理论
• 3.1.1 薄板的定义与假定
• 3.1.2 弹性曲面的微分方程
• 3.2 温克勒（Winkler）地基
• 3.2.1 温克勒地基的假设
• 3.2.2 温克勒地基上的刚性路面在圆形垂直均布荷载作用下的解
• 3.2.3 温克勒地基水泥混凝土路面的有限元分析
• 3.3 威斯特卡德路面弯沉及应力计算理论
• 3.3.1 修正后的威氏计算公式对应的三种类型临界轮载位置
• 3.3.2 车轮圆形均布荷载作用于角隅时弯沉的计算公式
• 3.3.3 车轮圆形均布荷载作用于板中时弯沉的计算公式
• 3.3.4 车轮半圆形均布荷载作用于板边缘中部时弯沉的计算公式
• 3.4 ANSYS软件及使用方法简介
• 3.4.1 ANSYS软件简介
• 3.4.2 ANSYS的使用
• 3.5 FWD弯沉检测系统
• 3.6 本章小结
• 4 水泥混凝土路面板下脱空的评价技术
• 4.1 水泥混凝土路面的有限元分析的发展
• 4.2 板下脱空 ANSYS的分析流程
• 4.3 ANSYS三维验证模型的建立
• 4.3.1 单元类型的选择
• 4.3.2 验证模型的建立
• 4.4 ANSYS分析模型的验证
• 4.4.1 车轮荷载作用下的弯沉与最大应力验证
• 4.4.2 板角的弯沉与最大应力的分析验证
• 4.4.3 板中的弯沉与最大应力的分析验证
• 4.4.4 板边中部的弯沉与最大应力的分析验证
• 4.5 工程实例-某高速公路水泥混凝土路面板下脱空的判定
• 4.5.1 路面结构层材料参数
• 4.5.2 脱空模型的建立
• 4.5.3 脱空的评定标准
• 4.5.4 板角脱空标准的判定
• 4.5.5 纵向板边中部脱空标准的判定
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢