旧水泥混凝土路面打裂施工控制参数及加铺层研究

论文摘要

打裂压稳是旧水泥混凝土路面维修改造的有效方法之一。本文通过研究提出不同路基支撑条件下打裂压稳的施工控制参数和两种破碎技术用于等级道路的路面结构经济比选方案。对于旧水泥混凝土路面破碎技术的推广应用,节约资源、保护环境具有重要的经济与社会意义。采用刚性承载板法,对碎石化后路面各结构层当量回弹模量和打裂前后混凝土面板承载能力进行了现场实测,并为有限元计算提供了取值参考。通过大型有限元计算软件ANSYS对路面结构进行力学计算分析,利用SOLID65实体单元的开裂特性对打裂过程中旧混凝土面板的开裂状态进行模拟,并分析了不同路基强度对开裂状态的影响,提出不同路基支撑条件下打裂压稳的施工控制参数。研究认为,结构层最大拉应力与冲击锤下落高度之间存在明显的相关性,不同路基支撑条件下打裂压稳时应采用不同的冲击锤下落高度。采用二维模型分析了不同交通轴载条件下不同加铺层结构的静力学响应。研究认为,旧水泥混凝土路面碎石化后采用半刚性基层+10cm沥青混凝土作为一级路加铺层结构是可行的。加铺层结构的疲劳破坏受控于面层,且随着基层厚度的减薄,疲劳寿命逐渐减小。一般来说,沥青面层厚度不应低于10cm。打裂压稳层与加铺层之间的接触条件越好,路面结构层的力学性能越好。针对打裂压稳后加铺新基层和沥青面层的路面结构,建立足尺寸三维道路模型进行模态和瞬态动力学分析。结果表明:（1）在受到移动半波正弦荷载作用下,模型中部的节点逐渐受到激励产生半波形位移,随着移动荷载不断接近目标节点,节点位移的累积作用加强,位移值逐渐增大,直至在移动荷载抵达目标节点上方时达到峰值。（2）y向正应力在新基层下层底面达到拉应力最大值。目标节点所受到的剪应力在较短的时间内发生交复变换,剪应力效果明显且在一定厚度内有增大的趋势,因此对路面结构的层间接触条件提出了较高的要求,特别是打裂压稳层表面。（3）路基强度在打裂压稳后加铺层使用性能方面的重要作用。（4）超载1.1MPa时,路面结构的各项动态指标均有大幅提高,结构的疲劳寿命会很快衰减,其中超载对面层疲劳寿命的影响大于基层。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容及创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 创新点
• 1.4 研究的技术路线
• 1.5 可行性分析
• 1.6 研究安排
• 第二章 打裂状态分析及打裂控制参数确定
• 2.1 打裂压稳施工工艺
• 2.1.1 打裂设备
• 2.1.2 施工流程及要求
• 2.1.3 清扫
• 2.1.4 挖补
• 2.1.5 清缝和封缝
• 2.2 基于波动理论的打裂机理分析
• 2.2.1 冲击波的性质
• 2.2.2 打裂能在路面结构中的传播
• 2.3 有限元模型的建立
• 2.3.1 有限单元法简介
• 2.3.2 建模
• 2.3.3 确定打裂荷载
• 2.3.4 路基强度参数
• 2.4 基层未设置抗拉强度时结果分析
• 2.4.1 裂缝分布情况
• 2.4.2 打裂锤下裂缝影响深度及范围
• 2.4.3 路面板顶面开裂状态横向分布（z=0）
• 2.4.4 X向应力沿深度分布
• 2.5 基层设置抗拉强度后裂缝扩展规律
• 2.5.1 打裂压强为40MPa（下落高度1.6m）时的裂缝扩展规律
• 2.5.2 打裂压强为25MPa（下落高度1.0m）时的裂缝扩展规律
• 2.6 施工控制标准的确定
• 2.6.1 相同路基强度下不同开裂状态的对比
• 2.6.2 实际开裂状态
• 2.6.3 施工控制标准的确定
• 2.7 本章小结
• 第三章 加铺层结构的优化设计
• 3.1 碎石化下加铺层结构的优化设计
• 3.1.1 旧路面结构层碎石化后模量损失
• 3.1.2 加铺层结构设计计算方案
• 3.1.3 加铺层结构不同力学指标比较
• 3.2 打裂压稳后加铺层结构优化设计及不同层间粘结条件下加铺层结构的比较
• 3.2.1 旧路面结构层打裂后模量损失
• 3.2.2 加铺层结构设计计算方案
• 3.2.3 界面完全连续时加铺层结构不同力学指标比较
• 3.2.4 界面粘结条件减弱时加铺层结构不同力学指标比较
• 3.3 加铺层结构的材料性能比较
• 3.3.1 抗温缩、干缩能力
• 3.3.2 抗水损坏能力
• 3.3.3 抗反射裂缝能力
• 3.4 本章小结
• 第四章 打裂压稳条件下加铺层结构的动态响应与耐用性分析
• 4.1 三维建模和参数取值
• 4.2 模态分析
• 4.2.1 模态分析定义
• 4.2.2 模态分析过程
• 4.2.3 模态分析结果
• 4.3 瞬态动力学分析
• 4.3.1 瞬态动力学分析简介
• 4.3.2 考虑车辆移动加载条件下加铺层结构的动态响应
• 4.3.3 超载1.1MPa时路面结构的动态响应
• 4.3.4 寿命预估
• 4.4 本章小结
• 第五章 路面现场检测
• 5.1 路面结构层强度的现场检测
• 5.1.1 碎石化后路面各结构层强度检测
• 5.1.2 打裂处理前后结构层强度检测
• 5.2 基层层底应变仪的埋设与现场检测
• 5.2.1 系统介绍
• 5.2.2 监测仪器的埋设方法
• 5.2.3 检测过程及结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 本文主要研究结论
• 6.2 需进一步研究的问题
• 参考文献:
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表