水泥混凝土路面疲勞損傷機理及養(yǎng)護對策研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟與交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，交通量急劇增加，車輛超載超限在局部地區(qū)愈演愈烈，加之復雜惡劣的自然氣候，大量水泥混凝土路面往往未達使用年限就出現(xiàn)了唧泥、脫空、疲勞斷裂甚至粉碎性斷板等嚴重結(jié)構(gòu)性破壞。水泥混凝土路面出現(xiàn)病害尤其是結(jié)構(gòu)性破壞后，道路“病情”將迅速發(fā)展，使用性能急劇下降，服務壽命顯著縮短，并產(chǎn)生一筆不菲的養(yǎng)護維修改造費用。水泥混凝土路面上述病害產(chǎn)生的深層原因及內(nèi)在機理是什么？產(chǎn)生這些病害之后，公路管理部門應當如何科學應對

2、？這是論文選題必須深入回答的兩大問題。前者是文章的理論基礎，后者是文章的實用價值。
　　 首先，依托若干水泥混凝土路面典型路段，開展基于探地雷達檢測技術(shù)的板底脫空調(diào)查，利用后處理分析軟件ReflexWin獲得反射波剖面圖以判別樣本板底是否脫空;利用落錘式彎沉儀進行多級加載彎沉測試并回歸“荷載—彎沉”關(guān)系曲線，以關(guān)系曲線斜率、截距以及板角最大彎沉這三項指標構(gòu)建綜合指標體系，采用可拓評價方法判別板底脫空狀況;以探地雷達判別結(jié)果為基準

3、，通過細致劃分脫空分類，科學確定各項指標節(jié)域、各脫空狀態(tài)下經(jīng)典域及權(quán)系數(shù)以獲得較高的脫空識別率和較低的誤判率。結(jié)果表明，該改進方法關(guān)于板底脫空的判別精度較高，能夠滿足工程檢測、判別和結(jié)構(gòu)評價的需要。
　　 其次，在先前水泥混凝土路面板底脫空現(xiàn)場調(diào)查試驗的基礎上，對板底脫空的類型加以科學分類，從而建立了水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，通過對各類不連續(xù)支承水泥混凝土路面開展相關(guān)結(jié)構(gòu)分析，獲得其荷載應力規(guī)律。結(jié)果表明，完好接觸路面

4、結(jié)構(gòu)與絕對完全脫空路面結(jié)構(gòu)二者荷載應力關(guān)于輪胎接地壓力敏感性相當，地基反應模量對于二者荷載應力的影響都微乎其微，但絕對完全脫空路面結(jié)構(gòu)的荷載應力關(guān)于面板厚度更為敏感;利用回歸得到的相對完全脫空路面結(jié)構(gòu)荷載應力公式，可計算不同脫空尺寸和初始脫空深度組合下的路面結(jié)構(gòu)荷載應力;隨著軸載的增加，非完全脫空路面結(jié)構(gòu)面層板荷載應力增加率小于絕對完全脫空路面結(jié)構(gòu)面層板荷載應力增加率。
　　 然后，推導了單調(diào)隨機變量的概率密度函數(shù)、水泥混凝土疲

5、勞壽命的概率密度函數(shù)以及水泥混凝土Miner疲勞損傷的概率密度函數(shù)、“Chaboche-Zhao”疲勞損傷的概率密度函數(shù)和修正的“Chaboche-Zhao”疲勞損傷的概率密度函數(shù);再借助室內(nèi)疲勞試驗結(jié)果，標定這若干水泥混凝土疲勞損傷模型中損傷的概率密度函數(shù)參數(shù);將荷載作用次數(shù)代入上述概率密度，計算獲得水泥混凝土在不同高應力水平下其疲勞可靠度變化規(guī)律。結(jié)果表明，Miner疲勞損傷模型較之修正的“Chaboche-Zhao”疲勞損傷模型更

6、加偏于安全。
　　 接著，開發(fā)了疲勞損傷本構(gòu)關(guān)系的ABAQUS用戶子程序UMAT，分析了全耦合方法下基準路面結(jié)構(gòu)模型疲勞損傷場的分布與發(fā)展規(guī)律，研究了面板彈性模量、面板厚度、脫空尺寸等參數(shù)對路面結(jié)構(gòu)疲勞損傷的影響，分析了交通荷載和上述路面結(jié)構(gòu)參數(shù)對水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)裂紋形成疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，隨荷載作用次數(shù)的增加，路面結(jié)構(gòu)疲勞損傷度將不斷增加，但其增幅將越來越小，路面結(jié)構(gòu)荷載應力將逐漸減小;隨著輪胎接地壓力的增加，路面結(jié)構(gòu)