摘要
贫混凝土基层混凝土路面是一种适用于承受重、超重交通的路面结构,由于其种种优点,具有很大的发展潜力。为了推广应用,深入研究其力学特性和结构设计方法。
本文通过疲劳试验对贫混凝土的抗疲劳特性进行了研究,表明贫混凝土具有比常用的半刚性基层材料更加优良的疲劳性能。并提出了贫混凝土两种形式的疲劳方程,据此推导了混凝土路面结构贫混凝土基层的疲劳应力系数和沥青路面结构贫混凝土基层的抗弯拉强度结构系数。
对贫混凝土基层混凝土路面现有结构设计方法的应力计算进行了分析,发现等刚度法用于双层板路面的荷载应力计算是可行的,但用于温度应力计算会引起较大的误差。
利用三维有限元方法对贫混凝土基层混凝土路面进行了荷载应力和温度应力的大量计算,通过回归,得出了贫混凝土基层混凝土路面荷载应力及温度应力实用计算公式。针对规范中轴载换算存在的问题,分别根据面层和基层的荷载应力公式和疲劳方程,提出轴载换算公式以及疲劳应力系数。
论文还提出了贫混凝土基层混凝土路面的概率型结构设计方法。
The concrete pavement with lean concrete base (LCB) is a suited kind of pavement structure for heavy and over-heavy traffic. Because of its excellence, it has good future. To popularize it, its mechanical characteristics and method of structure design must be studied.
First, the fatigue feature of lean concrete is studied by fatigue test in this paper. It is proved that lean concrete has better fatigue feature than semi-rigid materials. And two types of fatigue equations are put forward. According to them the fatigue stress coefficient of LCB for the concrete pavement structure and the structure coefficient of tension strength of LCB for the asphalt pavement structure are developed.
The existing methods of structure design of concrete pavement with lean concrete base are analyzed, proving that the equivalent stiffness method is proper for calculating load stress but not for thermal stress.
The load stress and the thermal stress of concrete pavement with lean concrete base are analyzed by three-dimensional finite element method, and the practical formulas of load stress under different axle load models and of thermal stress are get by regression method. The formula of axle load conversion in the standard has some problems, so respectively according to the corresponding formulas of load stress and fatigue equations of concrete pavement and LCB, the different formulas of axle load conversion and fatigue stress coefficients are put forward.
At last a probabilistic method of structure design of concrete pavement with LCB is advanced.
引文
1.中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范(JTJ012-94).北京:人民交通出版社,1994.
2.中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范(JTJ D40-2002).北京:人民交通出版社,2003.
3.王秉纲,戴经梁,胡长顺.复合式水泥混凝土路面设计理论与方法的研究.中国公路学报,1992,(2).
4. NCHRP Project 1-37. Development of the 2002 Guide for the Design of New and Rehabilitated Pavement Structures. TRB, 1997.
5.王秉纲,邓学钧.路面力学数值计算.北京:人民交通出版社,1992.
6.郑传超,夏永旭,王秉纲.道路结构力学计算.北京:人民交通出版社,2003.
7.胡长顺,王秉纲.复合式路面设计原理与施工技术.北京:人民交通出版社,1999.
8.戴经梁,王秉纲.双层水泥混凝土路面荷载应力分析.西安公路学院学报,1981,No.4.
9.王秉纲.双层水泥混凝土路面温度翘曲应力计算.西安公路学院学报,1983,No.3.
10.交通部水泥混凝土路面推广组.水泥混凝土路面研究.北京:人民交通出版社,1995.
11. Scott M. Tarr, Paul A. Okamoto. Bond Interaction Between Concrete Pavement and Lean Concrete Base. TRR 1668.
12.邓学钧,陈荣生.刚性路面设计.北京:人民交通出版社,1990.
13.广西交通科学研究所.高等级公路水泥混凝土路面贫混凝土基层及排水系统的应用研究.1999.
14.日本道路协会编,胡希捷等译.日本碾压混凝土路面技术指南.[内部资料],1992.
15.黄仰贤著,于定选、齐诚译.路面分析与设计.北京:人民交通出版社,1998.
16.朱照宏,王秉纲,郭大智.路面力学计算.北京:人民交通出版社,1985.
17.姚祖康编著.路面(公路设计手册).北京:人民交通出版社,1998.
18.梁军林.我区水泥混凝土路面技术研究进展.广西交通科技,1999,(12).
19.交通部公路规划设计院.沥青路面设计指标与参数的研究.1995.
20.交通部公路规划设计院,同济大学.水泥混凝土弯曲疲劳特性研究报告.1988.
21.查旭东,王燕,韩春华编译.欧洲水泥混凝土路面综述.国外公路,1999,(3).
22.美国国家科学研究院编著,王燕、查旭东、韩春华(美)译.水泥混凝土技术——实践与展望.北京:人民交通出版社,2000.
23.房武英,王秉纲.弹性地基上矩形厚板的荷载应力分析.西安公路学院学报,1987,(2).
24.周德云,姚祖康.温度应力作用下混凝土路面的轴载换算.中国公路学报,1992,(4).
25.刘伯莹,姚祖康.《公路水泥混凝土路面设计规范》修订综述.公路,2002,(8).
26.谈至明,姚祖康,刘伯莹.水泥混凝土路面结构可靠性设计方法.公路,2002,(8).
27.谈至明,姚祖康,田波.水泥混凝土路面的荷载应力分析.公路,2002,(8).
28.谈至明,姚祖康,刘伯莹.水泥混凝土路面的温度应力分析.公路,2002,(8).
29.王秉纲.有沥青上面层的水泥混凝土路面的应力分析.公路,2002,(8).
30.谈至明,姚祖康,刘伯莹.水泥混凝土路面基层的顶面模量的修正.公路,2002,(8).
31.景天然,严作人.水泥混凝土路面温度状况的研究.同济大学学报,1980,(3).
32.华永红,黄卫,邓学钧.弹性地基上厚板和空心厚板的温度翘曲应力分析.中国公路学报,1991,(1).
33.黄卫,华永红.弹性半空间地基上空心厚板的荷载应力分析.东南大学学报,1990,(4).
34.黄晓明,刘玉荣,邓学钧,齐诚.旧水泥混凝土道面加铺层有限元分析方法.中国公路学报,1996,(1).
35.周德云,姚祖康.旧水泥混凝土路面上沥青加铺层结构的三维有限元分析.中国公路学报,1990,(3).
36.袁宏,姚祖康.考虑温度应力和荷载应力共同作用的混凝土路面结构设计方法.同济大学,1986,(4).
37.武和平编著.高等级公路路面结构设计方法.北京:人民交通出版社,2000.
38.沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面.北京:人民交通出版社,1999.
39.贾玉钧,胡长顺,王秉纲.引入正交各向异性接触模型的复合式路面荷载应力
分析.西安公路交通大学学报,1995,(4).
40.贾玉钧.引入“正交各向异性接触模型”分析RCC+AC复合式路面结构荷载应力.西安公路交通大学,[硕士学位论文],1995.
41.孙家伟.贫混凝土基层混凝土路面研究.长安大学,[硕士学位论文],2001.
42.韩子东.道路结构温度场研究.长安大学,[硕士学位论文],2001.
43.姚祖康著.水泥混凝土路面设计.合肥:安徽科学技术出版社,1999.
44.高维诚.水泥混凝土路面疲劳特性研究.西安公路交通大学,[硕士学位论文],2000.
45.谈至明.半结合式双层板弯曲的近似计算.同济大学.
46.杨政.混凝土路面温度状况的初步分析.空军后勤部工程设计局,1980.
47.方开泰,马长兴.正交与均匀试验设计.北京:科学出版社,2001.
48.朱伯芳.有限单元法原理与应用.北京:水利电力出版社,1979.
49.河北省高速公路管理处.宣大高速公路(河北段)货运车辆超载影响分析.专题材料,2000.
50.山东省济宁市公路局,西安公路交通大学.旧水泥混凝土路面加铺沥青层修筑技术研究.1999.
51.河南省交通厅公路管理局,西安公路交通大学.河南省水泥混凝土路面维修技术研究.1998.
52.黄卫,钱振东.高等水泥混凝土路面设计理论与方法.北京:科学出版社,2000.
53.河南省交通厅公路管理局,长安大学.贫水泥混凝土基层路面研究.2002.
54. Portland Cement Association. Thickness Design for Concrete Pavements. Report, 1984.
55.严作人.层状路面体系的温度场分析.同济大学学报,1984.
56.谈至明,姚祖康.非线性温度场下的水泥混凝土路面温度应力.中国公路学报,1993,(4).
57.吴赣昌著.半刚性路面温度应力分析.北京:科学出版社,1995.
58.石小平,姚祖康.水泥混凝土的弯曲疲劳特性.土木工程学报,1990,23(3).