设层间功能层的水泥混凝土路面面层应力分析

论文摘要

水泥混凝土路面是普通广泛使用的一种路面形式,具有强度高,稳定性好,使用寿命长,维修养护费用少等优点,引起了道路工程界的广泛重视。但由于水泥混凝土路面面层和基层之间的接触不良是导致路面损坏的主要原因,设置层间功能层可以很好的缓解这个问题。现行的公路水泥混凝土路面设计规范中有对水泥混凝土路面结构设计方法做了详细的规定,但是并没有考虑面层和基层之间的协调设计。同时考虑面层和基层的疲劳对水泥混凝土路面结构设计具有重要意义。本文首先阐述了有限元方法,为以后有限元方法的应用提供了理论依据。采用有限元软件对不同的层间接触状况下面层荷载应力进行分析,得出层间接触状况对面层荷载应力有较大的影响。在最不利层间接触状况下,分析不同参数对面层荷载应力的影响规律,在设置了层间功能层后,面层荷载应力略有增大,基层荷载应力略有减小。在规律分析的基础上,通过大量的均匀设计计算,回归出刚性基层和半刚性基层水泥混凝土路面面层荷载应力实用计算公式。并根据面层的荷载应力公式和疲劳方程,分别推导出刚性基层和半刚性基层水泥混凝土路面面层的轴载换算公式以及疲劳应力系数。对设置层间功能层的刚性和半刚性水泥混凝土路面温度应力进行计算,分析了不同变量对其温度应力的影响,得出影响规律。相比面层的温度翘曲应力,基层的温度翘曲应力很小。通过均匀设计计算和公式回归,得出刚性和半刚性水泥混凝土路面面层的温度应力实用计算公式。通过对面层荷载应力的分析,得出面层厚度和基层厚度之间的协调设计,并提出同时考虑面层和基层疲劳的水泥混凝土路面结构设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.4 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 水泥混凝土路面有限元分析方法
• 2.1 有限元分析方法概述
• 2.2 水泥混凝土路面有限元分析方法
• 2.2.1 基本理论
• 2.2.2 矩形薄板单元和位移模式
• 2.2.3 薄板的刚度矩阵
• 2.2.4 单元刚度矩阵（虚功原理）
• 2.2.5 地基刚度矩阵
• 2.2.6 荷载矩阵
• 2.3 本章小结
• 第三章 设层间功能层的水泥混凝土路面面层荷载应力分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 计算理论与方法
• 3.1.2 有限元软件的选用
• 3.2 模型及参数的确定
• 3.2.1 模型的确定
• 3.2.2 临界荷位分析
• 3.2.3 参数的确定
• 3.3 各计算参数变化对荷载应力的影响分析
• 1的影响'>3.3.1 面层厚度h₁的影响
• 1的影响'>3.3.2 面层模量E₁的影响
• 2的影响'>3.3.3 基层厚度h₂的影响
• 2的影响'>3.3.4 基层模量E₂的影响
• 3的影响'>3.3.5 功能层厚度h₃的影响
• 3的影响'>3.3.6 功能层模量E₃的影响
• 0的影响'>3.3.7 地基模量E₀的影响
• 3.4 参数敏感性分析
• 3.5 荷载应力计算公式
• 3.5.1 标准轴载下的面层荷载应力分析
• 3.5.2 不同轴轮型荷载作用下面层底面的荷载应力公式
• 3.6 本章小结
• 第四章 设功能层的水泥混凝土路面面层温度应力分析
• 4.1 路面温度场
• 4.1.1 国内外对路面温度场的分析方法
• 4.1.2 本章采用的温度场方法
• 4.2 模型及参数的确定
• 4.2.1 计算参数的确定
• 4.2.2 层间接触状况分析
• 4.2.3 收敛性分析和模型的确定
• 4.3 参数影响规律分析
• 4.3.1 路面温度对面层温度应力的影响
• 4.3.2 板长对面层温度应力的影响
• 4.3.3 面层厚度对面层温度应力的影响
• 4.3.4 基层厚度对面层温度应力的影响
• 4.3.5 基层模量对面层温度应力的影响
• 4.3.6 地基模量对面层温度应力的影响
• 4.3.7 温度梯度对面层温度应力的影响
• 4.4 温度应力实用应力计算公式
• 4.4.1 参数组合均匀设计
• 4.4.2 计算结果
• 4.4.3 温度应力实用计算公式的拟合
• 4.5 本章小结
• 第五章 水泥混凝土路面结构协调设计研究
• 5.1 面层的轴载换算和疲劳应力系数
• 5.1.1 普通混凝土路面
• 5.1.2 设层间功能层的水泥混凝土路面
• 5.2 面层与基层厚度协调设计
• 5.2.1 面层厚度
• 5.2.2 基层厚度
• 5.2.3 面层厚度与基层厚度协调设计
• 5.3 同时考虑混凝土面板和基层疲劳的结构设计方法
• 5.4 本章小结
• 主要研究结论及进一步研究的问题
• 主要结论
• 进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢