水泥混凝土路面板早龄期固化演变行为与影响机制研究

基本信息
批准号:51478122
项目类别:面上项目
资助金额:86.00
负责人:胡昌斌
学科分类:
依托单位:福州大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:林旭健,阙云,袁燕,王丽娟,陈雨林,林高致,吕宇航
关键词:
早龄期三维结构固化演变行为水泥混凝土路面影响机制
结项摘要

Jointed plain concrete pavement(JPCP) was widely used in China, but the service performance and life of JPCP were not very well and its early failure phenomenon under heavy duty is very common in China.All these problems shows that pavement analysis and designing theory as well as the construction of JPCP should be improved . In recent years,a new theory about JPCP's early age influence shows that concrete hydration and consolidation,creep and shrink may lead to residual stress,built-in curling and damage,and then apply effect on long-term performance of JPCP with environment and traffic.Meanwhile,early age parameters can be a link to consider the effect of construction, material, structure, environment together on pavement performance, and make it possible to analyse pavement mechanical behavior in a whole life from early age to service life. All of these are very useful for improving theory and practice of JPCP. But because the history of early age analysis theory of JPCP research is short, and the research theory on the interaction between concrete material science and pavement structure engineering,the theory is still in a one-dimensional simplified and dispersed state, and focusing only on a few characters.But the neglect of the feature of three dimensional pavement thin slab ,interaction and evolution of early age behaviors may lead to a great simplification and many defects in application. In consideration of the above-mentioned problems,the research goal of this project is to constitute a three dimensional systematic and processing analysis theory to reveal the effective mechanism of concrete material's early age behaviour on long term performance of joint plain concrete pavement. The research contents include:(1)three dimensional numerical simulation of early age behavior of JPCP;(2)early age performance test and model of pavement concrete;(3)full-scale pavement slab field test;(4)behavior revelation of early age built in and evolution of three dimensional pavement slab,special effective mechanism of environmental history,creep and damage during early age;(5)mechanical mechanism of pavement slab with considering effect of concrete early age behaviour, and the interaction and combined action of early age material and structural parameters.(6) the engineering application of theory and finding of the project will be done with considering the need and engineering speciality of heavy duty highway in China. Based on the research work above,the early age analysis theory of JPCP can get a transformation from one dimensional to three dimensional,more complex mechanism can be revealed and the theoretical application will become more convenient for application.

近年研究发现早龄期行为对刚性路面服役性能有显著影响,考虑早龄期作用可更深入地关注施工、环境和材料特性对路面力学行为和性能的影响,并能以早龄期参数为纽带,实现环境-材料-施工-结构影响一体化考虑和早期-服役期联动过程观察,极具理论和应用价值。但目前该领域早龄期三维性状和参数耦合演化关系研究缺失,导致理论机制不能深入揭示并且应用受限。鉴于此,项目拟重点针对"路面板结构三维早龄期固化演变行为以及影响机制"涉及的关键分析技术、理论机制以及工程应用问题进行系统研究。通过路面结构早龄期行为三维数值模拟仿真实现,结合室内试验和现场足尺板试验,深入揭示三维路面结构早龄期性状的复杂固化、演变机制;然后基于三维性状机制研究构造参数系、明晰多参数耦合关系,引入动力学和断裂力学拓展早期-服役期联动分析方法,进而深入开展多参数耦合共同作用影响机制研究。最后将研究成果与我国工程实践对接,实现对我国路面技术的革新支持。

项目摘要

项目针对路面板早龄期固化演变行为与影响机制开展了系统研究。具体工作包括:路面混凝土早龄期热膨胀系数、干缩、徐变、损伤、断裂等材料参数特性与本构;编制完成了路面板三维早龄期行为有限元仿真程序;构造了早龄期路面板理论参数系,研究了路面板早龄期固化演变行为与参数性状特性;提出早龄期-服役期联动分析方法,编制早龄期-服役期联合力学计算程序;深入揭示了早龄期多参数耦合和共同作用对路面板服役期性能的影响机制,并进行了理论的工程应用。基于以上完成了项目研究计划内容,达到了预期目标。.取得的主要创新成果有:(1)集成开发了全面板三维早龄期翘曲有限元数值仿真程序(FZUJPESⅡ),该程序可考虑温湿度变形、徐变松弛以及面板-基层的摩擦接触界面、接缝约束等,可描述面板早龄期翘曲形成演化典型特征。编制了早龄期、服役期联合加载力学仿真程序FZUJPEMec,可实现早龄期多参数共同作用的早龄期-服役期联动分析。(2)提出全面板多点布置竖向设置振弦式应变传感器监测竖向位移的高精度测量方法,首次获得面板早龄期三维翘曲完整渐变演化过程,发现早龄期翘曲马鞍形中间态和不对称产生机制。(3)基于三维仿真程序(FZUJPESⅡ)研究了路面板早龄期固化性状,揭示了路面板早龄期行为状态阶段,构造了“28天固化翘曲”、 “固化基准性状”等基准性状参数,揭示了环境温湿度加载历史、混凝土材料与结构组合对路面板早龄期性状的影响机制。(4)基于早期-服役期联合力学仿真分析程序,揭示了施工气候环境、结构形式、混凝土材料等因素与车辆-环境共同作用对路面服役性能的影响机制,并成功进行了工程应用,提出了基于早龄期理论的材料、设计、施工优化技术理论和方法,为刚性路面设计施工改善提供了支持。.项目累计培养硕士、博士研究生12名,发表论文6篇,研究成果成功应用于水泥混凝土路面板加铺改建、极重载路面结构设计、道面板状态与断板诊断等多个领域,理论价值显著。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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