基于两尺度模型的crcp第二阶段冲断机理与预估研究

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1、分类号：U41;U210710-2012021011博士学位论文基于两尺度模型的CRCP第二阶段冲断机理与预估研究赵全满导师姓名职称高江平教授张洪亮教授申请学位级别工学博士学科专业名称道路与铁道工程论文提交日期2015年5月9日论文答辩日期2015年6月17日学位授予单位长安大学StudyonMechanismandPredictionoftheDistressofPunchoutinContinuouslyReinforcedConcretePavementBasedonTwoScaleModelADissertationSubmittedfortheDegreeofD

2、octorCandidate：ZhaoQuanmanSupervisor：Prof.GaoJiangpingProf.ZhangHongliangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要冲断是指由两个间距很小（小于0.6m）的横向裂缝与短的纵向裂缝和路面边缘（或纵向接缝）所围成的区域。冲断是CRCP的主要病害形式，在冲断形成初期，路面状况良好，对行车舒适性及安全性影响不大。但在外界环境及车辆荷载的反复作用下，冲断区域开始出现后续开裂及剥落，严重影响行车舒适性及安全性，需对路面进行修复。基于此，本文提出以纵向裂缝的形成时刻为界将冲断的发展过程分成两个

3、阶段，第一阶段是纵向裂缝的形成阶段，第二阶段是由横向裂缝、纵向裂缝和路面边缘（或纵向接缝）形成区域的退化。尽管国内外对于CRCP冲断病害已经进行了大量的研究，并取得了丰硕的成果，但多从宏观尺度对CRCP第一阶段冲断展开研究，在基于两尺度模型的第二阶段冲断区域退化和维修标准方面缺乏研究。CRCP是高等级路面的重要形式之一，为了适应我国高等级公路发展的需要，对CRCP的第二阶段冲断展开研究具有十分重要的工程意义。本文基于数值模拟试验和室内试验研究，从宏观、细观两尺度出发对第二阶段冲断区域退化和维修标准进行研究。主要研究内容如下：首先，考虑冲断区域路面的振动，建立冲断区域车辆振

4、动模型，进行冲断区域人-车-路耦合振动分析，获得冲击荷载和乘客的加速度时程曲线，并进行参数敏感性分析。冲击荷载将用于冲断区域后续开裂和裂缝处混凝土剥落机理研究，乘客加速度将用于第二阶段冲断区域维修标准的研究。其次，考虑水泥混凝土在细观尺度上是由集料、胶凝材料及其界面组成，利用离散元软件从细观尺度上进行水泥混凝土抗压强度、弯拉强度和抗剪强度数值模拟试验，对混凝土强度形成及破坏机理进行研究，得到混凝土的抗压强度、弹性模量、弯拉强度和抗剪强度；考虑冲断区域特点，结合所得弹性模量，建立CRCP有限元宏观模型，对车辆荷载、温度梯度和湿度梯度作用下的冲断区域进行宏观受力分析；结合混凝

5、土细观研究所得弯拉强度，对冲断区域后续开裂进行研究，并分析混凝土细观组成参数和宏观影响因素对冲断区域的后续开裂的影响。再次，在混凝土剥落形成原因分析的基础上，将剥落分为剪切剥落和分层剥落，并建立分层剥落数学模型；考虑冲断区域特点，利用有限元软件建立CRCP宏观力学分析模型，对车辆荷载、温度梯度和湿度梯度作用下的冲断区域裂缝处的剪应力和分层处的弯拉应力进行分析；结合混凝土细观模拟试验所得抗剪强度和弯拉强度，对冲断区域混i凝土的剥落进行研究，并分析混凝土细观组成参数和宏观影响因素对冲断区域混凝土剥落的影响。然后，考虑冲断区域边缘裂缝对混凝土性能的影响，基于加速加载试验、干湿循

6、环试验和冻融循环试验，对冲断区域混凝土的退化进行试验研究；在冲断区域后续开裂和剥落两尺度研究及混凝土退化试验研究的基础上，结合混凝土弯拉强度、抗剪强度分析及水泥混凝土细观模型试验，对第二阶段冲断区域退化机理进行研究，给出第二阶段冲断区域退化预估方法。最后，提出冲断区域台阶高度的概念，考虑车辆通过单个冲断区域引起的振动属于瞬态振动，参考最大瞬态振动值（MTVV）的概念，以MTVV作为行车舒适性评价指标，通过对瞬态振动行车舒适性评价标准的研究，结合行车舒适性影响因素分析，给出冲断区域维修标准的确定方法和步骤。同时，基于冲断区域退化机理的研究成果，在室内试验研究的基础上对第二阶

7、段冲断区域退化延缓措施进行研究。关键词：第二阶段冲断，两尺度模型，离散元方法，后续开裂，剥落，冲断预估，维修标准iiAbstractPunchoutistheareawhichissurroundedbytwotransversecrackswithshortdistance(lessthan0.6m),shortlongitudinalcrackandtheedgeofpavementorlongitudinaljoint.Punchoutisthemaindistressofcontinuouslyreinforcedco