水泥混凝土路面是采用水泥混凝土作为面层材料的一种高级路面结构形式,它具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好以及日常养护工作量小的优点,因而得到了广泛应用。但由于水泥混凝土自身的材料特性,路面需要设置各种接缝,并且对超载敏感,且损坏后难于修复。因此,通过结构分析,建立更为精确的荷载与环境因素的综合作用与混凝土路面结构反应之间的关系,不仅有利于完善水泥混凝土路面设计计算理论,同时还可以减少混凝土路面的结构性损坏。从水泥混凝土路面的发展史来看,路面结构设计大致经历了理论解析解、影响图及有限元程序计算三个阶段。随着计算机的兴起和迅猛发展,目前各国研究机构越来越多地采用有限元方法对混凝土路面结构进行模拟计算分析,并取得了巨大成效。 随着经济的发展,车辆的载重不断提升,而且超重、超限的情况更加严重,加剧了对路面的损坏,原有的设计方法已不能很好适应这一情况。为此,本文通过对目前常用的有限元计算程序的比较,采用美国华盛顿大学的EverFE有限元计算程序,选取路面板厚度、基层弹性模量、荷载三个参数作为计算变量,对水泥混凝土路面板底最大拉应力进行了计算。通过计算得到的数据定量分析了面板厚度、基层弹性模量及轴型对板底最大拉应力的影响,为水泥混凝土路面设计与维护提供了参考。对计算结果进行回归统计,建立了新的应力计算公式,并按照等效疲劳损耗的换算原则,推导出适用性更为广泛的水泥混凝土路面轴载换算系数,为水泥混凝土路面设计提供更为准确的参数。 本文的主要成果在于通过对水泥混凝土路面结构进行三维数值计算,提出面板厚与板底最大拉应力之间并不是固定的负二次方关系,而是随基层弹性模量的变化而变化,建立了新的水泥混凝土路面荷载应力计算公式,进而推导出新的轴载换算系数,在系数中引入了面板厚度这一参数,这与美国AASHTO路面设计方法是相符的。