水泥混凝土路面路基不均匀变形分析和控制

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1、摘要水泥混凝土路面强度高、使用寿命长、日常养护工作量小，是高等级公路的重要路面形式。水泥路面刚度大，应力扩散能力强，因此对路基强度的要求不高，一般的天然地基经过简单处理均能满足强度要求。然而混凝土为脆性材料，对下卧结构层的适应能力差，我国现行的水泥混凝土路面设计规范对路基的基本要求是稳定、密实、均质，为路面结构提供均匀的支承。路基的不均匀变形成因于公路沿线地质条件及填土材料的不均匀和外界影响因素的差异性，在地质不良地区修筑水泥混凝土路面需要关注路基不均匀变形对路面结构的影响，并寻求减少这种不利影响的措施途径。本文系统总结了路基不均匀变形的来源、形态及特征；分析

2、了行车荷载作用下水泥路面路基的永久变形及其对路面结构的影响；详细阐述了考虑路基不均匀变形的弹性地基板结构分析过程；并从水泥路面结构性和功能性要求两方面，对路基的不均匀变形提出了控制指标与标准。本文的研究内容及成果主要包括以下几个方面：一、路基不均匀变形在空间分布上可分为横向不均匀和纵向不均匀变形，主要在下述情况下出现：(1)软弱地基的不均匀沉降；(2)填挖交替或新老填土交替；(3)季节性冰冻地区的不均匀冻胀；(4)填土因压实不足而引起的压密变形，受湿度变化影响而产生的膨胀收缩变形。二、采用应变分层总和法，对我国典型水泥混凝土路面在行车荷载作用下路基的永久变形进

3、行了预估，并给出了其空间分布形态；借助于有限元程序KENSLABS，分析了路基永久变形引起的水泥路面结构响应及其对路面使用寿命的影响，并对不同基层类型造成的力学模型差异进行了讨论。三、假设路基横向不均匀变形断面为二次抛物线，推导了“衙状”弹性地基板在自重作用下挠曲微分方程的解析解；计算了当面层板与地基刚好完全接触时的地基变形断面曲率临界值，当曲率超过此临界值时，编制了基于Matlab的计算程序，用以分析板与地基部分接触时的脱空区域、脱空量以及板自重作用下的结构响应。四、建立了基于ANSYS的刚性路面3D有限元模型，用于分析考虑路基不均匀变形的行车荷载应力；通过

4、“工况”叠加的方法，解决了力学求解时外力和位移边界约束条件同时存在的矛盾；并给出了基于迭代求解思想的弹性地基摘要板存在脱空时的行车荷载应力计算方法。五、选取路基最大沉降量和沉降曲线半波长平方的比值万腿；／严作为路基不均匀变形的控制指标；对我国现行水泥混凝土路面厚度设计的极限设计状态方程添加了路基不均匀变形引起的附加应力项，从而从路面结构性要求角度对路基不均匀变形提出了控制标准；以路面横坡不出现“反坡”和行车安全为原则，从路面功能性要求角度对路基不均匀变形提出了控制标准。关键词：水泥混凝土路面，路基，不均匀变形，结构分析，三维有限元，部分接触，控制指标与标准Ab

5、stractABSTRACTPCCpavementsarewidelyusedowningtotheirhi【ghstrength，sounddurabilityandrarerehabilitation．Usually,itdoesn’trequiremuchforthestrengthofsubgrade．HoweverthedifferentialdeformationofsubgradeiscriticaltoPCCpavementsstructuralbehavior．Therefore，itisspecifiedinOUrcountrythatsu

6、bgradeshouldbestable，solidandhomogeneoustoprovideaevensupporttopavementstructure．Inpraticalhighwayengineering，thereexitsdifferentialdeformationinsubgrademoreorless，probablyduetounevensubsoilsorfillmaterialsandvariableenvironmentalongroadline．It’Sofgreatimportanceforhighwayengineerst

7、opaycloseattentiontotheadverseeffectscausedbysubgradedifferentialdeformationandseekfeasiblemethodstoalleviateit．Inthispaper,acomprehensivestudyofsubgradedifferentialdeformationhasbeenconducted，includingitssource，properties，evaluation，structuralinfluencetoPCCpavementsandthecontrolind

8、exandcriteria．1．Sub