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由于交通量增长迅猛,路面早期损坏较为严重,我国高速公路路面使用寿命经常低于设计使用期。因此,有必要对沥青路面耐久性进行深入研究,探索适宜的路面结构型式。连续配筋混凝土与沥青混凝土(CRC.AC)复合式路面是一种耐久性路面结构,cRcP提供稳定、坚实的基层,AC层改善路面使用性能。虽然国内曾进行了相关的试验和研究,但未考虑cRcP裂缝模式与普通JPCP或JRCP的差异、覆盖沥青层后对CRCP的影响和沥青层与CRCP层间粘结问题。本文运用有限元法对CRC-AC复合式路面进行了CRCP荷载应力和温度应力的分析、交通荷载作用下AC层裂缝形成及扩展机理的研究、AC层与CRCP层间剪应力的研究,调查了现有CRCP实际使用性能,提出了基于路面破坏模式的CRC-AC复合式路面结构设计方法。
CRCP荷载应力分析中,建立三维有限元模型,通过计算与分析,确定了CRCP的最不利荷位,分析了路面结构参数对CRCP荷载应力的影响情况;确定了CRCP疲劳损耗临界荷位,分析在不同裂缝间距下,CRCP疲劳损耗临界荷位处的荷载应力随路面结构参数变化的规律,建立回归模型,得到了CRCP荷载应力计算公式。
CRCP温度应力分析中,分析了CRC-AC复合式路面温度场的分布规律,研究了CRCP最大温度梯度与路面结构的相互关系,推导了CRCP的最大温度梯度公式;建立CRCP温度应力计算模型,分析结构参数对CRCP翘曲应力的影响规律,建立回归模型,推导了CRCP翘曲应力的计算公式。
交通荷载对AC层裂缝影响的研究中,分析了交通荷载下AC层的受力状态,建立AC层起裂模型进行了裂缝起裂寿命的计算,研究表明交通荷载下AC层不会出现开裂现象;对由其它因素引起了AC层出现初始裂缝后,裂缝在交通荷载作用下扩展规律进行了研究,研究表明在交通荷载作用下道路使用期内AC层不会出现裂缝的失稳扩展。CRC-AC复合式路面AC层具有良好的抗裂性能。
AC层与CRCP层间抗剪性能的研究中,建立三维有限元模型,确定了AC层层底剪应力的最不利荷位,对正常行车、有思想准备的停车以及超载、紧急制动情况下AC层与CRCP间剪应力进行研究,分析路面结构参数对AC层层底最大剪应力的影响规律,采用人工神经网络的方法,建立AC层层底最大剪应力的预测模型。
CRC-AC复合式路面结构设计方法研究中,通过理论分析以及相应试验路的观测,确定了CRCP的纵向疲劳开裂和AC层与CRCP的剪切破坏是CRC-AC复合式路面主要破坏模式,提出基于主要破坏模式的CRC-AC复合式路面结构设计方法,给出了 CRC-AC复合式路面结构设计的详细步骤。根据工程实践,提出对端部处理运用毛勒伸缩缝的方法。