水泥混凝土路面是适应载重大、速度高、密度大的车辆运输需要的高等级路面,具有强度高,稳定性好,使用寿命长,维修养护费用少等许多优点。然而,由于设计、施工、养护、环境污染及长期超负荷使用等诸多因素,致使道路路面产生种种病害,这些都成为影响混凝土路面发展的一个关键性技术问题,分析混凝土板的这些破坏现象及其产生原因,将有利于正确的设计和施工混凝土路面,对保证水泥混凝土路面质量并促进其发展具有重要的意义。水泥混凝土路面在使用过程中,由于受到车辆荷载等作用,板底将产生脱空现象。而脱空状态下混凝土板的受力是极为不利的。混凝土路面的缝边板角处,由于基础脱空,在荷载作用下,水泥混凝土路面板的工作状态近似于悬臂梁,角或板边产生过量的弯沉和应力。在重复荷载作用下,最终导致水泥混凝土板的疲劳断裂、破碎。前人对于混凝土板脱空时的研究也较多,他们分别提出了不同的力学模型,以及由此提出的荷载应力、荷载挠度、温度应力。而脱空的形状多为不规则的,但可以把脱空形状归纳为三角形、矩形、梯形这三种典型形式进行力学和挠度分析。而影响荷载应力和挠度的原因很多。本文研究脱空板的荷载应力和挠度受脱空面积、横边长度、板厚的影响的变化关系,以及在不同脱空形状、相同的脱空面积下板的荷载应力和挠度的之间的大小关系。实际使用中的水泥混凝土路面其应力值和挠度值受地基的均匀程度、温度的高低、荷载的大小等因素影响。可针对在不同荷载、不同温度下的受力分析,得到可能的最大应力,从而为混凝土路面控制奠定基础。
第一章 概 论 13-21
1.1 历史的回顾 13-14
1.2 脱空在水泥混凝土路面使用中的出现 14-16
1.3 国内外研究的概况 16-19
1.3.1 水泥混凝土路面的脱空模型 16-17
1.3.2 水泥混凝土路面板的力学分析 17-18
1.3.3 水泥混凝土路面研究成果简介 18-19
1.4 论文由来及本文研究内容 19-21
第二章 水泥混凝土路面板脱空的理论分析 21-40
2.1 引言 21
2.2 力学模型 21-24
2.2.1 文克勒地基模型 21-22
2.2.2 弹性半空间地基模型 22-23
2.2.3 混凝土模型 23
2.2.4 水泥混凝土接缝模型 23-24
2.3 水泥混凝土路面的应力分析 24-31
2.3.1 早期荷载应力分析 24-25
2.3.2 威斯特卡德荷载应力分析 25-28
2.3.3 威斯特卡德计算公式 28-29
2.3.4 阿灵顿实验路 29-31
2.4 由材料力学得出的脱空时的混凝土板应力公式 31-35
2.4.1 脱空区的力学模型 31
2.4.2 脱空区为不同形状下的公式推导 31-35
2.5 有限元分析方法 35-38
2.5.1 板单元的节点位移和形函数 35-36
2.5.2 板单元的内力矩阵 36
2.5.3 板单元的刚度矩阵 36-37
2.5.4 板单元的等效节点荷载列阵 37-38
2.5.5 板单元的平衡方程与求解 38
2.6 有限元软件和ANSYS 38-40
第三章 水泥混凝土路面板在脱空时的算例分析 40-57
3.1 引言 40
3.2 ANSYS 分析过程 40-41
3.3 三维有限元分析 41-56
3.3.1 基本假设 41
3.3.2 模型的建立及单元划分 41-42
3.3.3 脱空下的混凝土板的应力分析 42-56
3.4 本章小结 56-57
第四章 实际应用中的水泥混凝土路面 57-72
4.1 交通统计和分析 57-61
4.1.1 交通量特征 57-59
4.1.2 轴荷组成与等效换算 59-61
4.2 混凝土路面的极限承载力概念 61-62
4.3 荷载因数对路面的影响 62-65
4.3.1 车辆对公路的静态作用 62-64
4.3.2 运动车辆对公路的动态影响 64-65
4.4 温度因数对路面板的影响 65-69
4.4.1 混凝土路面的温度状况 65-66
4.4.2 水泥混凝土路面温度的应力分析 66-69
4.5 算例分析 69-72
4.5.1 基本假设 69-70
4.5.2 应力分析 70-71
4.5.3 影响极限承载力的因素 71-72
第五章 结论 72-74
5.1 主要结论 72
5.2 有待进一步解决的问题 72-74
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