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连续配筋混凝土刚柔复合式沥青路面研究

作　者: 刘朝晖
导　师: 郑健龙
学　校: 长沙理工大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 连续配筋混凝土CRC 沥青混凝土AC 刚柔复合式路面结构体系理论空间等参元有限元方法荷载与温度应力分析临界荷位端部位移与滑动区分析层间剪应力分析层间抗剪强度测试
分类号: U416.217
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

连续配筋混凝土刚柔复合式沥青路面（CRC+AC）是将CRC板的高强度与AC的行车舒适性相结合的一种新型复合式路面结构,CRC作为刚性基础,主要起承重作用,表面AC层主要起功能作用。CRC+AC结构整体强度高、使用寿命长、维修费用小,是重载交通高速公路长寿命路面结构的发展方向之一。本文以长潭高速公路、长永高速公路、325国道广东恩平一级公路大修工程为技术依托,根据CRC+AC的结构特点,围绕CRC+AC的设计理论与方法,进行荷载应力、温度应力、端部位移与结构、路肩板不配筋时纵缝拉杆受力分析与设计、层间剪应力分析、层间材料抗剪强度试验、CRC+AC结构设计、配筋设计以及施工技术、材料性能与实体工程应用等方面的研究工作,形成较为系统的研究成果。根据CRC+AC路面结构的特点,形成CRC+AC的结构体系理论;分析了CRC+AC结构的损坏模式,提出层间界面的滑动与推移、CRC板边冲断破坏和钢筋拉断破坏等三种主要破坏形式,层间滑动需要通过沥青面层厚度设计与层间结构与材料设计来控制;CRC板边冲断破坏可通过板厚与配筋设计进行控制;钢筋拉断破坏主要是通过配筋设计来满足混凝土体积收缩应力。应用空间等参元有限元模型,对CRC+AC复合式路面结构的荷载应力、温度应力进行了计算,分析了结构的最不利荷位及各参数对CRC板应力的影响规律,得到不同裂缝间距L_d时,CRC板的两种临界荷位,并分析指出最佳裂缝间距L_d=1.5～2.0m时,CRC+AC结构的受力状态最佳。为方便结构设计,分析了无沥青面层时CRC板的应力,并绘制诺谟图、回归计算公式,同时提出了地基模量E_t的修正系数K_d。针对路肩边板不配筋的设想与实践,分析了边板配筋与不配筋时CRC板的端部位移,并运用有限元方法进行了验证;同时分析了考虑路肩边板纵缝拉杆约束条件下滑动区长度L₁的计算。根据CRC+AC结构端部位移状况与工程实践,针对其与CRCP路面的不同,提出了桥梁伸缩毛勒缝的端部处理方式并与桥梁结构伸缩装置合并的处理模式及相应的结构形式。以CRC+AC结构层间界面剪应力分析、层间粘结层材料抗剪强度试验为基础,提出考虑层间剪切指标的沥青面层厚度设计模式,并综合考虑层间界面剪应力、粘结层材料抗剪强度、沥青面层车辙容许深度的沥青面层厚度确定方式以及层间界面结构形式与材料要求。根据CRC+AC的临界荷位与荷载组合,以现行规范JTG D40-2002为基础,以板底综合疲劳应力为指标,提出CRC板厚设计方法。提出以横缝边缘中部的荷载应力加相应位置横向温度翘曲应力的荷载组合Ⅰ为控制CRC板边冲断破坏的最不利荷载模式;并提出极端裂缝间距条件下CRC的板边冲断破坏验算方法。以JTG D40-2002中CRC板的配筋设计为基础,分析了裂缝的最佳间距（1.5m～2.0m）和裂缝的合适宽度（0.7mm～1.0mm）,提出了纵向钢筋直径与间距的选择原则、布置方式与要求;提出CRC板的平面尺寸、接缝设置以及路肩边板不配筋时纵缝拉杆的设计。通过修筑CRC+AC及CRCP试验路,实际考察了CRC+AC的路用性能,积累了CRC+AC路面的设计与施工经验,成功解决了施工中的一些关键技术问题,包括钢筋制作、安装与支架,混凝土配合比设计与指标,双掺量混凝土材料的膨胀性能控制,施工布料与振捣控制,端部处理施工等。并对试验路进行了跟踪观测,调查了试验路CRC板的裂缝变化情况。

全文目录

中文摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-25
  1.1 研究背景与意义  11-16
  1.2 国内外研究概况  16-23
  1.3 主要研究内容与技术路线  23-25
第二章 CRC+AC刚柔复合式沥青路面结构分析  25-66
  2.1 CRC+AC刚柔复合式沥青路面结构分析体系理论  25-28
  2.2 CRC+AC复合式路面结构有限元模型  28-40
  2.3 CRC+AC复合式路面结构荷载应力有限元分析  40-56
  2.4 CRC+AC复合式路面结构温度应力有限元分析  56-64
  2.5 本章小结  64-66
第三章 CRC+AC端部位移分析与端部处理方式  66-92
  3.1 CRC+AC结构端部位移分析模型  67-68
  3.2 CRC复合材料的参数  68-71
  3.3 CRC板的端部位移分析  71-77
  3.4 CRC板端部位移有限元分析  77-82
  3.5 CRC+AC复合式路面端部处理方式  82-90
  3.6 本章小结  90-92
第四章 CRC+AC路肩板不配筋时纵缝拉杆受力分析  92-115
  4.1 路肩板不配筋时纵缝拉杆的设置与形式  92-95
  4.2 CRC板和路肩素混凝土板纵缝拉杆的受力分析  95-108
  4.3 CRC板在回复位移时拉杆的受力分析  108-112
  4.4 本章小结  112-115
第五章 CRC+AC层间界面剪应力分析  115-131
  5.1 弹性层状体系理论与计算软件  115-117
  5.2 CRC+AC层间界面水平剪应力分析  117-129
  5.3 本章小结  129-131
第六章 CRC+AC层间界面抗剪强度试验研究  131-146
  6.1 层间界面抗剪强度测试设备  131-132
  6.2 层间界面抗剪强度试件制备  132-137
  6.3 层间界面抗剪强度测试步骤  137-138
  6.4 层间界面抗剪强度测试结果  138-142
  6.5 层间界面抗剪强度的稳定性分析  142-144
  6.7 本章小结  144-146
第七章 CRC+AC刚柔复合式沥青路面结构设计  146-194
  7.1 设计基础  146-147
  7.2 CRC+AC复合式沥青路面结构组合设计  147-150
  7.3 沥青面层(AC)结构厚度设计  150-159
  7.4 CRC板结构厚度设计  159-173
  7.5 CRC板结构配筋设计  173-179
  7.6 CRC+AC复合式沥青路面接缝与端部设计  179-182
  7.7 CRC+AC复合式沥青路面结构设计步骤与设计示例  182-193
  7.8 本章小结  193-194
第八章 CRC+AC复合式沥青路面施工技术与工程应用  194-220
  8.1 CRC+AC复合式沥青路面施工技术  194-207
  8.2 CRC材料性能试验与裂缝控制  207-214
  8.3 CRC+AC复合式沥青路面工程应用  214-219
  8.4 本章小结  219-220
结论与展望  220-225
  一、主要结论  220-223
  二、创新点  223-224
  三、研究展望  224-225
参考文献  225-235
致谢  235-236
附录A (攻读博士学位期间公开发表的论文)  236-239
附录B (攻读博士学位期间参与科研项目情况)  239-240

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