PFCC-PCC路面温度应力与车辆荷载耦合分析

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1、PFCC-PCC路面温度应力与车辆荷载耦合分析CouplinganalysisoftemperaturestressandvehicleloadonPFCC-PCCpavement研究生：金哲指导教师：张敏江教授学科专业：道路与铁道工程二〇一七年三月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文PFCC-PCC路面温度应力与车辆荷载耦合分析作者姓名：金哲入学年份：2014年9月指导教师：张敏江教授学科专业：道路与铁道工程申请学位：工学硕士所在单位：交通工程学院论文提交日期：2016年12月论文答辩日期：2

2、017年3月学位授予日期：2017年3月答辩委员会主席：刘元和答辩委员会组成：刘元和杨彦海孙雅珍孙兆辉于玲论文评阅人：声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家

3、有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半□两年□作者签名：导师签名：日期：年月日期：年月硕士研究生学位论文摘要Ⅰ摘要本文以辽宁省葫芦岛市建昌县贺杖子—墙顶子（贺墙）线普通水泥混凝土（PCC）路面加铺聚丙烯纤维水泥混凝土（PFCC）路面试验路为研究背景。首先，通过人工

4、调研试验路旧路面的病害种类并进行统计分析计算PCI指数，得到试验路段的技术状况等级并确定维修方式。在此基础上，根据《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2011采用与原PCC路面结构相一致的材料参数，按照路面结构产生的疲劳应力满足水泥混凝土面板抗弯拉疲劳强度的极限平衡方程，对PFCC加铺层进行结构设计，确保加铺后的路面结构满足交通荷载与温度应力的抗疲劳线性组合设计要求。由于PFCC加铺层与PCC面层间的接触作用阻碍热量沿路面深度的传递，形成接触热阻作用，从而将路面连续型温度场转化为阶跃型温度场。为分析此种新型温

5、度场，首先，根据PFCC加铺层与PCC面层接触面处接触热阻的基本原理，将接触面处的接触热阻等效成对应厚度的混凝土路面热阻，从而将阶跃型温度场对层间分离温度场进行理论计算，得到路面瞬态温度场。在此基础上，通过热力耦合分析得出路面各层的温度应力。并进一步根据试验路段所处地区气候特征对不同季节路面结构内阶跃型温度场进行参数化分析，得到相应季节温度场与温度应力的变化趋势及对路面结构的内力影响。《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2011以车辆荷载疲劳应力和温度疲劳应力线性叠加后与可靠度系数之积小于材料的抗疲劳强度，作

6、为路面结构极限平衡方程。该种设计方法认为路面结构中车辆荷载与温度应力是线性无关的，忽略了路面结构在实际服役过程中受到二者的耦合作用。因此基于ANSYSWorkbench有限元分析平台对PFCC-PCC路面体系在温度应力与车辆荷载耦合作用下路面结构的应力应变变化规律进行数值模拟分析。首先，通过对车辆荷载作用下层间对路面结构内应力分布状况的影响进行分析，得到PFCC加铺层与PCC面层间及PCC层与基层间的作用关系对路面结构的应力状态的影响规律，并相应提出延长加铺路面结构使用寿命的工程措施。然后，通过对不同季节层间连续与层

7、间分离所形成的温度场及温度应力的对比分析，得到不同层间状态路面结构内温度场、温度应力的变化规律及层间分离对路面结构受力状况的影响。最后，通过对温度应力与车辆荷载耦合作用下路面结构临界荷位处应力状态的模拟，得到层间摩阻作用及阶跃型温度场对路面结构内温度应力与车辆荷载耦合应力产生的影响，提出路面加铺设计过程中应进一步考虑的影响因素。关键词：路面结构设计；聚丙烯纤维水泥混凝土；车辆荷载；温度应力；热力耦合作用Ⅱ摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractⅢAbstractThispaperwasbasedona

8、Portlandcementconcrete(PCC)pavementthatoverlaidbypolypropylenefibercementconcrete(PFCC),andlocatedinHeqiangline，JianchangCounty,HuludaoCity,LiaoningProvince.ThePCIofexistedP