标题:再生集料刚性基层结构研究
导师:姚占勇
学号:200612417
作者:吴世美
论文答辩日期:2009-05-21 00:00:00
关键词:半刚性基层;再生集料;刚性基层;配合比;横缝间距;温度应力
摘要:半刚性路面是我国公路路面结构的主要型式。由于重载交通等诸多方面的原因,我国半刚性路面结构早期损坏严重,且早期修建的高速公路陆续进入大修期,高速公路大修任务繁重。大修中铣刨后的半刚性基层材料大量废弃,造成巨大的资源浪费、土地占压,并引发一系列的环境问题。针对我国高速公路大修中半刚性基层铣刨后浪费严重的现状,研究了高速公路二灰碎石基层再生后做刚性基层的技术。 提出了低配筋率钢筋网混凝土刚性基层的概念,建立了钢筋网混凝土基层荷载应力简化模型,分析了再生混凝土基层沥青路面的荷载应力。得到标准行车荷载和超载情况下,再生集料刚性基层沥青路面结构的受力情况及应力应变变化规律。通过三维有限元计算标准荷载和超载作用下不同配筋刚性基层结构的应力应变,确定不同钢筋网方案对刚性基层结构受力的影响,预测不同基层结构沥青路面的疲劳寿命,确定设置钢筋网的作用,钢筋网的设置位置和配筋率等。 分析混凝土基层上覆沥青面层路面结构的温度梯度,利用三维有限元模型,得到路面结构的温度场;并计算分析了混凝土基层沥青路面的温度应力及耦合应力。由于一年中温度骤降15摄氏度的天气极少,不像车辆荷载那样每天都有几千次,将温度荷载和车辆荷载一起产生的耦合应力作为计算路面结构疲劳寿命的依据是不合理的。 采用热-应力耦合方法,计算分析了不同刚性基层横缝间距对刚性基层沥青路面温度应力的影响,提出了适合再生集料刚性基层的横缝间距。研究认为,铺筑沥青面层后,基层的温度梯度较小,温度翘曲应力大幅减小,外界温度场的变化对再生集料刚性基层温度应力的影响较小,再生集料刚性基层的横缝间距由养护期末的极限降温控制。推荐出再生集料水泥混凝土基层的合理切缝间距。 根据刚性基层沥青路面复合式结构的具体要求,进行再生集料刚性基层沥青路面结构组合设计。结合工程实践和理论计算,推荐出基于原大修高速公路路面结构的合理的刚性基层沥青路面结构及面层、基层厚度。并给出混凝土基层沥青路面的结构设计步骤与设计实例。 铺筑试验路段,结合理论分析与国内外使用经验,进行再生集料混凝土基层设计及验证,探寻合理的设计方法。
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