基于波动效应的水泥路面隔离层减振缓冲机理研究

随着高速、重载车辆的增加，路面结构的动态效应更加显著，材料松散、疲劳开裂等动态破坏问题更加突出。对此，工程中普遍采用"加法"（加强加厚）来解决。基于"加法"成本高及路面动载特征，本项目拟采用"减法"（即在基层上设置隔离层来减少路面振动与冲击作用的方法）来解决，探索其减振缓冲机理。.由于减振缓冲机理研究尚属于新的领域且具复杂性，目前，相关研究主要为定性分析，研究不够深入。然而，减振缓冲机理对隔离层类型与层厚的选择、材料与验收标准的制定有着决定性的影响。因此，有必要深入开展研究，弄清其规律。从波动效应角度分析研究减振缓冲机理，符合路面动力学反应的波动本质特征。.本项目拟借助微地震测试系统来测定隔离层路面振动特性，获得隔离层对路面结构振动位移和振动加速度的影响规律；并密切结合路面现场应力应变试验、混凝土板冲击破坏试验等来研究减振缓冲机理；为探索减振缓冲的路面结构设计，提供理论基础和技术手段。

围绕路面动态荷载下的破坏与动力响应问题，本项目利用有限元分析方法，结合ANSYS软件，探索了隔离层混凝土路面结构力学性能；开展了有隔离层路面应力应变试验；借助微地震监测系统，记录与分析了不同隔离层混凝土板与混凝土路面的微地震波；开展了不同隔离层混凝土板室内冲击试验。.主要研究成果与创新点如下：.1）针对沥青混凝土隔离层进行有限元分析后得出：混凝土面层层底拉应力随沥青混凝土隔离层的厚度增加而减小，随着隔离层弹性模量的增大而减小。但如果隔离层厚度增加到一定程度，减小面层层底拉应力的效果会减弱，因此综合经济性，沥青混凝土隔离层的厚度宜控制在3~5cm，模量控制在1200MPa以内。.2）有隔离层混凝土路面早期纵向变形：无隔离层混凝土路面最小，有隔离层混凝土路面从小到大依次为一层土工布一层塑料薄膜层、一层塑料薄膜层、两层土工布一层塑料薄膜层混凝土路面。.3）室内混凝土板振动速度试验结果表明：面层板无隔离层时振动速度峰值最大，其次是一层土工布，橡胶板作隔离层时最小；面层板无隔离层时振动位移峰值最大，其次是两层土工布，橡胶板振动位移峰值最小。基层板按照振动速度峰值和振动位移峰值从大到小排序均是：无隔离层、橡胶板、一层土工布、两层土工布。试验路振动数据表明：土工布隔离层相比于无隔离层和一层塑料薄膜隔离层，产生的振动波振动速度峰值矢量和最小。.4）混凝土板冲击试验结果表明：混凝土板在不同隔离层下冲击功能从高到低，无隔离层>蜡制隔离层>橡胶板隔离层>一层土工布无隔离层>二层土工布隔离层。.5）基于应力分析与有隔离层路面应力应变试验、振动试验，揭示了隔离层路面减振缓冲作用机理；提出了极重交通路面、水泥路面胀缝位置等抗振动与抗冲击新结构；为合理描述动态荷载下的路面破坏现象、分析路面结构的动力响应提供了一种新的技术手段—微地震波法。.研究成果已经用于广东省云罗高速公路、山西省太古高速公路和湖南省潭耒高速公路等工程，项目通车以来(云罗高速已通车3年)，路面质量状况良好。研究成果获国家实用新型专利4项、出版专著1部，公开发表学术论文17篇(其中SCI收录3篇、EI收录6篇)，有力地推动了水泥混凝土路面技术进步，社会经济效益显著。.