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预制混凝土板快速修复水泥路面结构设计研究

发布时间:2018-05-19 09:25

  本文选题:预制水泥混凝土板 + 快速修复 ; 参考:《东南大学》2015年硕士论文


【摘要】:预制水泥混凝土板(Precast Concrete Slab,简称PCS)快速修复水泥混凝土路面技术是采用预制板对原水泥混凝土路面破损部位进行替换的新型修复技术,板块的浇筑、养护等工序在后场完成,现场仅进行吊装及接缝处理,仅需4-6小时即可开放交通。该技术具有开放交通快、养护成本低、环境影响小、气候适应性强、交通安全性高等优点。但是,目前国内对该技术研究较少,尚未形成可以指导实践的路面结构设计方法。因此,需要研究出与实际应用相适应的结构设计方法,为工程应用提供一定的理论依据。论文采用有限元分析方法,分析了静载及动载作用下PCS路面结构力学响应及接缝传荷能力,研究了PCS荷载疲劳应力,分析了PCS施工吊装时的受力情况及吊装方法,提出了基于可靠度理论的PCS结构设计方法。首先,论文分析了静载作用下PCS结构力学响应及接缝传荷能力。论文运用有限元软件ABAQUS中的Standard模块建立了路面结构三维有限元模型,数值模拟了静载作用下PCS的应力及位移,确定了预制水泥混凝土板临界荷位,分析了静载作用下路面结构力学响应和接缝传荷能力的参数敏感性。其次,论文分析了动载作用下PCS结构力学响应及接缝传荷能力。论文运用有限元软件ABAQUS中的Explicit模块建立路面结构三维有限元模型,采用FORTRAN语言编写了用户子程序VDLOAD模拟移动恒载并在ABAQUS中调用分析,数值模拟了动载作用下PCS的应力及位移,确定了预制水泥混凝土路面最不利行车轨迹,分析了动载作用下路面结构力学响应和接缝传荷能力的参数敏感性,并对动、静力模型进行了对比分析。再次,论文研究了PCS荷载疲劳应力。论文运用正交设计方法及多元统计回归方法回归出PCS最大荷载应力公式;研究了考虑基层强度下降的荷载疲劳应力;同时回归出PCS最大竖向位移公式。然后,论文分析了PCS施工吊装时的受力情况及吊装方法。论文采用平面杆系分析方法对PCS吊装进行了强度分析,并运用ABAQUS建立三维吊装模型,数值模拟了吊装过程中PCS的应力,确定了合理的吊点个数及位置,建议了合理的吊装方法及施工流程。最后,论文提出了基于可靠度的PCS结构设计方法。论文在结合前面分析得到的荷载应力计算方法与现行规范中温度应力计算方法的基础上,提出了基于可靠度理论的考虑基层强度下降的PCS结构设计方法,并给出了PCS结构设计流程;通过实例,对比分析了规范方法与论文方法的计算结果及各自的适用范围。
[Abstract]:Prefabricated cement concrete slab (Precast Concrete lablab) is a new type of repairing technology which uses prefabricated board to replace the damaged part of the original cement concrete pavement. The construction and maintenance of the slab are completed in the rear court. It only takes 4-6 hours to open traffic. The technology has the advantages of fast open traffic, low maintenance cost, low environmental impact, strong climate adaptability and high traffic safety. However, at present, there are few researches on this technology in our country, and no practical pavement structure design method has been formed. Therefore, it is necessary to study the structural design method suitable for practical application, and to provide some theoretical basis for engineering application. In this paper, the finite element analysis method is used to analyze the mechanical response and joint load transfer capacity of PCS pavement structure under static and dynamic loads, the fatigue stress of PCS load is studied, and the stress situation and hoisting method of PCS construction hoisting are analyzed. The design method of PCS structure based on reliability theory is proposed. Firstly, the mechanical response and joint load transfer capacity of PCS structure under static load are analyzed. The three-dimensional finite element model of pavement structure is established by using Standard module of finite element software ABAQUS. The stress and displacement of PCS under static load are numerically simulated, and the critical loading position of precast cement concrete slab is determined. The parameter sensitivity of mechanical response and joint load transfer capacity of pavement structure under static load is analyzed. Secondly, the mechanical response of PCS structure under dynamic load and the capacity of joint load transfer are analyzed. In this paper, the three-dimensional finite element model of pavement structure is established by using the Explicit module of the finite element software ABAQUS, and the user subprogram VDLOAD is written by FORTRAN language to simulate the moving dead load and call the analysis in ABAQUS. The stress and displacement of PCS under dynamic load are numerically simulated. The most unfavorable driving path of precast cement concrete pavement is determined, and the sensitivity of the mechanical response of pavement structure and the load transfer capacity of joints under dynamic load is analyzed, and the dynamic and static models are compared and analyzed. Thirdly, the fatigue stress of PCS load is studied. In this paper, the PCS maximum load stress formula is regressed by orthogonal design method and multivariate statistical regression method, the load-fatigue stress considering the decrease of base strength is studied, and the PCS maximum vertical displacement formula is regressed at the same time. Then, the paper analyzes the force situation and hoisting method of PCS construction hoisting. In this paper, the strength of PCS hoisting is analyzed by the plane bar system analysis method, and the three-dimensional hoisting model is established by using ABAQUS. The stress of PCS in the hoisting process is numerically simulated, and the reasonable number and position of hoisting points are determined. The reasonable hoisting method and construction flow are suggested. Finally, a reliability based PCS structure design method is proposed. On the basis of the method of load stress calculation and the calculation method of temperature stress in current code, a design method of PCS structure based on reliability theory considering the decrease of base strength is put forward in this paper. The flow chart of PCS structure design is given, and the calculation results of the standard method and the paper method are compared and analyzed through an example.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U416.216

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本文编号:1909565

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