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连续配筋水泥混凝土路面结构力学计算与分析

作　者: 梁中敏
导　师: 王昌衡
学　校: 湖南大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: CRCP 裂缝水平荷载有限元方法荷载应力应力强度因子
分类号: U416.216.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文结合有限元方法将连续配筋混凝土路面(Continuously Reinforcement Concrete Pavement简称CRCP)钢筋简化等效为正交各向异性薄层单元的多层复合结构模型,建立连续配筋混凝土路面结构的三维有限元模型,根据荷载作用在横向裂缝一侧中端的情况下计算了连续配筋水泥混凝土路面的荷载应力;由于混凝土材料本身的孔隙以及施工与养护过程中的一些原因造成CRCP会存在一些微小的裂缝,而且这些裂缝在行车荷载的重复作用下极易扩展与板底裂缝贯通造成路面结构的破坏,所以运用断裂力学的相关理论建立了混凝土路面裂缝尖端三维奇异单元,并引入表面效应单元SURF154用以施加水平荷载计算了裂缝尖端的应力强度因子,对路面裂缝扩展机理进行了探讨。本文根据水平系数的大小分别计算了在车辆正常行驶,正常停车,车辆紧急制动且超载三种情况下连续配筋混凝土路面的混凝土主应力和裂缝尖端应力强度因子,对路面结构进行了分析。本文分析了以上三种水平荷载与垂直荷载共同作用的情况对于连续配筋混凝土路面板中裂缝的影响,结果表明:当路面已经有微小的表面裂缝存在时,考虑水平荷载与垂直荷载共同作用计算得到的混凝土主应力以及裂缝尖端强度因子较之只考虑垂直荷载作用时都有大幅度的提高;由于水平荷载的作用,在裂缝扩展的大部份阶段裂缝尖端的张开型应力强度因子比剪切型应力强度因子大很多,这说明水平荷载是促使裂缝扩展的重要因素,所以要正常行车;本文计算了在正常行车时CRCP结构参数和裂缝长度对路面裂缝尖端应力强度因子的影响,并比较了随裂缝长度的变化,CRCP板中裂缝和板底裂缝开展的情况,从中可以得出钢筋配置在面层表面下1/3厚度处能更好地减小混凝土主应力以及抑制路面裂缝的扩展。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章绪论  11-20
  1.1 研究的背景  11-14
  1.2 国内外研究概况  14-18
    1.2.1 国外研究状况  14-17
    1.2.2 国内研究状况  17-18
  1.3 本文研究的主要内容  18
  1.4 研究的可行性及意义  18-20
第2章钢筋混凝土结构的有限元模型  20-30
  2.1 分离式模型  21-22
  2.2 整体式模型  22
  2.3 组合式模型  22-29
    2.3.1 分层组合式  22-23
    2.3.2 正交各向异性薄膜  23-29
  2.4 小结  29-30
第3章连续配筋混凝土路面有限元模型  30-36
  3.1 有限元理论  30-33
  3.2 模型的假定以及参数的选取  33-34
  3.3 交通荷载的作用形式和位置  34-35
    3.3.1 交通荷载的接地模式  34-35
    3.3.2 交通荷载的作用位置  35
  3.4 小结  35-36
第4章水平荷载对连续配筋路面荷载应力的影响  36-47
  4.1 结构模型  36-37
  4.2 正交各向异性薄膜模型实用性验证  37
  4.3 CRCP 荷载应力影响因素分析  37-45
    4.3.1 面层模量及厚度  38-39
    4.3.2 基层模量及厚度  39-41
    4.3.3 底基层层模型及厚度  41-42
    4.3.4 土基模量  42-44
    4.3.5 裂缝间距  44-45
    4.3.6 配筋位置  45
  4.4 小结  45-47
第5章裂缝尖端应力强度因子的分析  47-61
  5.1 三维奇异单元介绍  47-49
  5.2 应力强度因子的有限元求法  49-52
  5.3 结构模型  52-53
  5.4 应力强度因子的影响因素分析  53-59
    5.4.1 面层模量与厚度  53-54
    5.4.2 基层模量与厚度  54-55
    5.4.3 底基层层模量与厚度  55-56
    5.4.4 土基模量  56
    5.4.5 水平系数  56-57
    5.4.6 裂缝长度  57-59
  5.5 小结  59-61
结论  61-63
参考文献  63-67
附录A  67-73
致谢  73

连续配筋水泥混凝土路面结构力学计算与分析

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