寒冷地区连续配筋混凝土路面温度应力分析和配筋设计.doc
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寒冷地区连续配筋混凝土路面温度应力分析和配筋设计,73页共计26473字摘要crcp混凝土路面板在温度发生变化时将产生温度应力，由于受到钢筋和地基摩阻力的作用，当温度应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土产生裂缝，而由于钢筋的约束作用，将减小路面板的裂缝宽度。本文主要对crcp受温度应力时的简化力学模型进行了分析研究，通过对比考虑地基摩阻力与不考虑地基摩阻力的计算结果...
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摘要
CRCP混凝土路面板在温度发生变化时将产生温度应力，由于受到钢筋和地基摩阻力的作用，当温度应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土产生裂缝，而由于钢筋的约束作用，将减小路面板的裂缝宽度。本文主要对CRCP受温度应力时的简化力学模型进行了分析研究，通过对比考虑地基摩阻力与不考虑地基摩阻力的计算结果，可以看出地基摩阻力对CRCP的影响很小，在实际中可以不考虑地基摩阻力。以此为基础，建立不考虑地基摩阻力的ANSYS有限元模型，在有限元模型中，用SOLID65单元来模拟混凝土， LINK8单元来模拟钢筋， 0长度的COMBIN14单元(弹簧单元)来模拟钢筋与混凝土之间的粘结和滑移。通过有限元模型，计算钢筋与混凝土在各个点的位移和应力，并把有限元计算结果同理论公式得到的结果进行对比，两种结果比较吻合，说明建立的有限元模型是正确的。用建立的有限元模型分析了裂缝间距、钢筋和混凝土之间的粘结刚度系数、配筋率、材料线膨胀系数等参数变化对裂缝宽度、钢筋和混凝土的应力等的影响规律，并把得到的规律应用到CRCP的配筋设计中。最后用建立的有限元模型对CRCP配筋设计进行了设计优化计算，配筋计算结果显示，在吉林省这样的寒冷地区，CRCP取配筋率为0.7％，钢筋直径20mm是适宜的。
目录
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 国内外研究概况 3
1.2.1 CRCP的发展历程 3
1.2.2 CRCP设计方法的发展 4
1.3本文主要研究内容 5
第2章 CRCP温度应力理论分析 7
2.1 素混凝土路面板温度应力与变形 7
2.1.1地基摩阻力模型 7
2.1.2 温度应力和温度变形 9
2.2 连续配筋混凝土板模型 11
2.2.1计算模型简化 12
2.2.2钢筋与混凝土间的粘结滑移本构关系 13
2.2.3 CRCP混凝土路面板在钢筋和基层约束条件下温缩力学模型 14
2.2.4 CRCP干缩应力 20
2.3 小结 22
第3章 CRCP温度应力有限元数值解 23
3.1 连续配筋混凝土路面有限元模型 23
3.1.1有限元分析软件ANSYS 24
3.1.2钢筋混凝土结构有限元模型类型 24
3.1.3本文模拟用到的单元类型介绍 26
3.1.4材料的本构关系 27
3.2 ANSYS有限元求解 31
3.2.1 ANSYS有限元模型建立和网格剖分 31
3.2.2加载 32
3.2.3 ANSYS求解 33
3.2.4参数影响分析 37
3.3 小结 45
第4章 CRCP路面配筋优化设计 46
4.1 板厚设计 46
4.1.1 设计参数 46
4.1.2 设计方法 48
4.2配筋设计 49
4.2.1 钢筋布置位置 49
4.2.2 设计参数 49
4.2.3 设计方法 51
4.2.4 配筋计算 52
4.3 小结 55
第5章 结论与展望 56
5.1 结论 56
5.2 展望 57
参考文献 58
摘要 I
ABSTRACT III
感谢
导师及作者简介
关键词：CRCP；温度应力；有限元；配筋设计
参考文献
[1] 胡长顺，王秉纲等，河南省水泥混凝土路面维修技术研究,河南省交通厅公路管理局，西安公路交通大学，1998
[2] 胡长顺，曹景民等，旧水泥混凝土路面沥青加铺层修筑技术研究,山东省济宁市公路局，西安公路交通大学，1998
[3] 刘悦，旧水泥混凝土路面沥青加铺层温度应力分析,西安公路交通大学硕士学位论文，2000
[4] 周志刚，张起森，连续式配筋混凝土路面研究综述.长沙交通学院学报，2000，16(3)，23－27
[5] 刘朝晖，李宇峙，连续配筋混凝土路面应用技术，广东公路交通，2003增刊(81),21-30
[6] 曹东伟, 连续配筋混凝土路面结构研究,长安大学博士学位论文,2001.
[7] ERS Consultants.Summary of CRCP Design and Construction Practices in the U.S.Concrete Reinforcing Steel Institute,2003
[8] 张映雪译，南北高速公路－连续配筋混凝土路面,国外公路,1998,18(4),28-31
[9] 刘朝晖，李宇峙，苏纪开，汪晓天，国道325线恩平东段一级公路连续配筋混凝土试验路路面结构设计，广东公路交通，2003增刊(81),13－16.
[10] B.F.McCullough,连续配筋混凝土路面设计、施工、养护标准,交通部公路规划设计院译，1985
[11] 邓学钧，黄晓明，路面设计原理与方法,人民交通出版社，2001
[12] 黄仰贤，路面分析与设计,人民交通出版社，1998
[13] J.M.格雷戈里，连续配筋混凝土路面，交通公路规划设计院译，1986
[14] 王铁梦，建筑物的裂缝控制，上海科学技术出版社，1987
[15] 钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算，中国水利水电出版杜，1996
[16] 殷宗泽，朱泓等，土与结构材料接触面的变形及数学模拟，岩土工程学报，Vol.16.1994.5
[17] 邓学钧，陈荣生，刚性路面设计，人民交通出版社，2005
[18] Nilson A.H. Non-linear Analysis of Reinforced Concrete by the Finite Element Method. ACI Journel.Vol.65,No.9,1968.
[19] Houde J. Study of Force-Displacement Relation-ships for the Finite Element Analysis of Reinforced Concrete. Department of Civil Engineering and Applied Mechanics. McGill University, 1973.12
[20] 滕智明，钢筋与混凝土间的粘结力[R].1978.
[21] 徐有邻，变形钢筋－混凝土粘结锚固性能的试验研究,清华大学博士学位论文，1990
[22] 王秉纲 邓学钧，路面应力数值计算,人民交通出版社.1992
[23] 王勖成，邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社,1997.
[24] 李皓月，周田棚，刘相新，ANSYS工程计算应用教程，中国铁道出版社，2003.
[25] 朱伯芳.有限单元法原理与应用.水利电力出版社,1979.
[26] 混凝土结构设计规范，中华人民共和国建设部, 国家质量监督检验检疫总局.2002
[27] FHWA Technical Advisory.T5080.14.June,1990
[28] 陈志良, 连续配筋混凝土路面收缩开裂分析，长沙交通学院硕士学位论文，2003
[29] 姚祖康，朱以敬，道路路面工程，中国建筑工业出版社，1984
[30] 谢军，查旭东，连续配筋混凝土路面设计指南, 国外公路,2000,20(5),4-7
[31] 公路水泥混凝土路面设计规范, 人民交通出版社,2002
[32] 周志刚，李宇峙，气温和交通荷载对低温缩裂的影响,长沙交通学院学报，Vol.12.No.1,1996
[33] R.L.Duncan，S.D.Tayabji，J.L.Rice，Design of Continuously Reinforced Concrete Pavement for Airport，ACI Structural,1989.12
[34] Kadiyaia Subrahmanya M,Zollinger Dan G.Analysis of CRC Pavement Under
Moisure、Temperature and Creep Effects. 5th International Conference on Concrete Pavement Design&Rehabilitation：p211-234 Purdue university, April20-22,1995.
[35] 陈锋锋，黄晓明，张军辉，连续配筋混凝土路面设计和施工方法的研究，华中科技大学学报(城市科学版)，2005，22(1),49-53
[36] 杨鸿，孙中阁，连续配筋混凝土路面设计应用，城市道桥与防洪，2004，9，35-38
摘要
CRCP混凝土路面板在温度发生变化时将产生温度应力，由于受到钢筋和地基摩阻力的作用，当温度应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土产生裂缝，而由于钢筋的约束作用，将减小路面板的裂缝宽度。本文主要对CRCP受温度应力时的简化力学模型进行了分析研究，通过对比考虑地基摩阻力与不考虑地基摩阻力的计算结果，可以看出地基摩阻力对CRCP的影响很小，在实际中可以不考虑地基摩阻力。以此为基础，建立不考虑地基摩阻力的ANSYS有限元模型，在有限元模型中，用SOLID65单元来模拟混凝土， LINK8单元来模拟钢筋， 0长度的COMBIN14单元(弹簧单元)来模拟钢筋与混凝土之间的粘结和滑移。通过有限元模型，计算钢筋与混凝土在各个点的位移和应力，并把有限元计算结果同理论公式得到的结果进行对比，两种结果比较吻合，说明建立的有限元模型是正确的。用建立的有限元模型分析了裂缝间距、钢筋和混凝土之间的粘结刚度系数、配筋率、材料线膨胀系数等参数变化对裂缝宽度、钢筋和混凝土的应力等的影响规律，并把得到的规律应用到CRCP的配筋设计中。最后用建立的有限元模型对CRCP配筋设计进行了设计优化计算，配筋计算结果显示，在吉林省这样的寒冷地区，CRCP取配筋率为0.7％，钢筋直径20mm是适宜的。
目录
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 国内外研究概况 3
1.2.1 CRCP的发展历程 3
1.2.2 CRCP设计方法的发展 4
1.3本文主要研究内容 5
第2章 CRCP温度应力理论分析 7
2.1 素混凝土路面板温度应力与变形 7
2.1.1地基摩阻力模型 7
2.1.2 温度应力和温度变形 9
2.2 连续配筋混凝土板模型 11
2.2.1计算模型简化 12
2.2.2钢筋与混凝土间的粘结滑移本构关系 13
2.2.3 CRCP混凝土路面板在钢筋和基层约束条件下温缩力学模型 14
2.2.4 CRCP干缩应力 20
2.3 小结 22
第3章 CRCP温度应力有限元数值解 23
3.1 连续配筋混凝土路面有限元模型 23
3.1.1有限元分析软件ANSYS 24
3.1.2钢筋混凝土结构有限元模型类型 24
3.1.3本文模拟用到的单元类型介绍 26
3.1.4材料的本构关系 27
3.2 ANSYS有限元求解 31
3.2.1 ANSYS有限元模型建立和网格剖分 31
3.2.2加载 32
3.2.3 ANSYS求解 33
3.2.4参数影响分析 37
3.3 小结 45
第4章 CRCP路面配筋优化设计 46
4.1 板厚设计 46
4.1.1 设计参数 46
4.1.2 设计方法 48
4.2配筋设计 49
4.2.1 钢筋布置位置 49
4.2.2 设计参数 49
4.2.3 设计方法 51
4.2.4 配筋计算 52
4.3 小结 55
第5章 结论与展望 56
5.1 结论 56
5.2 展望 57
参考文献 58
摘要 I
ABSTRACT III
感谢
导师及作者简介
关键词：CRCP；温度应力；有限元；配筋设计
参考文献
[1] 胡长顺，王秉纲等，河南省水泥混凝土路面维修技术研究,河南省交通厅公路管理局，西安公路交通大学，1998
[2] 胡长顺，曹景民等，旧水泥混凝土路面沥青加铺层修筑技术研究,山东省济宁市公路局，西安公路交通大学，1998
[3] 刘悦，旧水泥混凝土路面沥青加铺层温度应力分析,西安公路交通大学硕士学位论文，2000
[4] 周志刚，张起森，连续式配筋混凝土路面研究综述.长沙交通学院学报，2000，16(3)，23－27
[5] 刘朝晖，李宇峙，连续配筋混凝土路面应用技术，广东公路交通，2003增刊(81),21-30
[6] 曹东伟, 连续配筋混凝土路面结构研究,长安大学博士学位论文,2001.
[7] ERS Consultants.Summary of CRCP Design and Construction Practices in the U.S.Concrete Reinforcing Steel Institute,2003
[8] 张映雪译，南北高速公路－连续配筋混凝土路面,国外公路,1998,18(4),28-31
[9] 刘朝晖，李宇峙，苏纪开，汪晓天，国道325线恩平东段一级公路连续配筋混凝土试验路路面结构设计，广东公路交通，2003增刊(81),13－16.
[10] B.F.McCullough,连续配筋混凝土路面设计、施工、养护标准,交通部公路规划设计院译，1985
[11] 邓学钧，黄晓明，路面设计原理与方法,人民交通出版社，2001
[12] 黄仰贤，路面分析与设计,人民交通出版社，1998
[13] J.M.格雷戈里，连续配筋混凝土路面，交通公路规划设计院译，1986
[14] 王铁梦，建筑物的裂缝控制，上海科学技术出版社，1987
[15] 钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算，中国水利水电出版杜，1996
[16] 殷宗泽，朱泓等，土与结构材料接触面的变形及数学模拟，岩土工程学报，Vol.16.1994.5
[17] 邓学钧，陈荣生，刚性路面设计，人民交通出版社，2005
[18] Nilson A.H. Non-linear Analysis of Reinforced Concrete by the Finite Element Method. ACI Journel.Vol.65,No.9,1968.
[19] Houde J. Study of Force-Displacement Relation-ships for the Finite Element Analysis of Reinforced Concrete. Department of Civil Engineering and Applied Mechanics. McGill University, 1973.12
[20] 滕智明，钢筋与混凝土间的粘结力[R].1978.
[21] 徐有邻，变形钢筋－混凝土粘结锚固性能的试验研究,清华大学博士学位论文，1990
[22] 王秉纲 邓学钧，路面应力数值计算,人民交通出版社.1992
[23] 王勖成，邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社,1997.
[24] 李皓月，周田棚，刘相新，ANSYS工程计算应用教程，中国铁道出版社，2003.
[25] 朱伯芳.有限单元法原理与应用.水利电力出版社,1979.
[26] 混凝土结构设计规范，中华人民共和国建设部, 国家质量监督检验检疫总局.2002
[27] FHWA Technical Advisory.T5080.14.June,1990
[28] 陈志良, 连续配筋混凝土路面收缩开裂分析，长沙交通学院硕士学位论文，2003
[29] 姚祖康，朱以敬，道路路面工程，中国建筑工业出版社，1984
[30] 谢军，查旭东，连续配筋混凝土路面设计指南, 国外公路,2000,20(5),4-7
[31] 公路水泥混凝土路面设计规范, 人民交通出版社,2002
[32] 周志刚，李宇峙，气温和交通荷载对低温缩裂的影响,长沙交通学院学报，Vol.12.No.1,1996
[33] R.L.Duncan，S.D.Tayabji，J.L.Rice，Design of Continuously Reinforced Concrete Pavement for Airport，ACI Structural,1989.12
[34] Kadiyaia Subrahmanya M,Zollinger Dan G.Analysis of CRC Pavement Under
Moisure、Temperature and Creep Effects. 5th International Conference on Concrete Pavement Design&Rehabilitation：p211-234 Purdue university, April20-22,1995.
[35] 陈锋锋，黄晓明，张军辉，连续配筋混凝土路面设计和施工方法的研究，华中科技大学学报(城市科学版)，2005，22(1),49-53
[36] 杨鸿，孙中阁，连续配筋混凝土路面设计应用，城市道桥与防洪，2004，9，35-38
