土木工程机场道加铺UTW罩面结构特性研究.doc

场道加铺UTW罩面的结构特性研究 摘要 针对刚性场道加铺超薄水泥混凝土罩面的复合道面结构，分析了道面各结构层以及层间界面的物理力学性能以及它们各自对复合结构整体性能的影响；建立了UTW复合结构在机轮荷载作用下的力学性能模型，基于层状体系基本原理、弹塑性理论、路面结构的非线性分析原理、反预应力作用理论等基本力学原理，分析了该结构的受力及变形特性； 根据UTW结构的受力特点和使用要求，设计并进行了一系列实验，包括材料性能实验、复合结构抗压与抗折强度实验界面的劈裂抗拉强度实验、剪切剥离实验板结构静载实验等不同界面处理方式下验证性对比。结果，不同的界面处理方式显著影响，在所设计的四种界面处理方式中，以旧道面凿毛+刷涂粘结剂的试件整体性能最好 参考国内某机场的场道结构和相关参数，建立了UTW复合道面结构的有限元分析模型对其进行分析结果表明，界面状态是影响复合道面整体性能的关键因素对比机轮动载作用下各结构层的位移、应力、应变等的时程响应曲线图，说明不考虑温度等环境条件时，道面各结构层竖向较一致，水平及横向响应差异较大，而这种差异在界面层处最为显著对进行参数状态优化，建立理想条件下复合道面模型不同位置处对机轮动载的响应状态结果，该复合结构的力学性能接近普通整体式结构的性能，共同点就是处都是道面板结构的最不利受荷位置可该受力特征值，为结构设计中整体结构承载能力最危险点加以。 关键字：超薄水泥混凝土罩面（UTW）、粘结界面、模型试验、有限元分析、力学响应 目录 1 1.1 UTW简介及其主要特点 1 1.2 UTW的产生和发展过程 1 1.3 UTW在场道修复研究和应用中的现状与存在的问题 3 1.4 论文研究的内容和意义 4 第二章 UTW复合结构体系分析 5 2.1 复合结构体系概述 5 2.2 界面粘结模型的分析 5 2.3 界面特性分析 6 2.4 新旧混凝土粘结状态的力学机理分析 7 2.4.1 新旧混凝土粘结的宏观力学性能 7 2.4.2 新旧粘结界面的微观力学机理分析 8 2.5 各结构层对粘结状态的影响研究 9 2.5.1 旧道面表面性状对粘结性能的影响 9 2.5.2 罩面材料性能对粘结强度的影响 9 2.5.3 界面处理方式对粘结强度的影响 10 2.6 本章小结 11 第三章 UTW复合结构力学模型分析 12 3.1 相关基本理论概述 12 3.1.1 层状体系基本理论 12 3.1.2 弹塑性理论基本原理 12 3.1.3 道面结构的非线性分析原理 14 3.1.4 反预应力作用理论 14 3.2 力学结构模型特征分析 15 3.2.1 力学模型的建立 15 3.2.2 力学模型理论分析 16 第四章 复合层状道面结构有限元模拟 20 4.1 有限元模型简介 20 4.1.1 有限元分析的基本原理 20 4.1.2 有限元离散化 20 4.1.3 基本分析过程 21 4.2 复合结构模型参数条件 23 4.2.1飞机荷载参数 23 4.2.2 道面厚度的确定 24 4.2.3 轮印面积的确定 25 4.2.4 临界荷位及机轮布置 25 4.3 有限元模型的建立 26 4.3.1 单元类型的确定 26 4.3.2 材料模型 26 4.3.3 几何模型的建立及网格划分 27 4.3.4 外部荷载及边界条件的确定 28 4.4 有限元模型结果分析 28 4.4.1 界面状态对复合结构整体性能的影响分析 28 4.4.2 应力应变时程响应分析 31 4.5 复合结构在理想状态下的性能响应模拟分析 37 4.6 本章小结 44 第五章 结论与展望 46 5.1 论文的主要结论 46 5.2 需要进一步研究的问题 47 致 谢 48 参考文献 49 附 件 50 第一章 1.1 UTW简介及其主要特点 超薄水泥混凝土罩面（Ultra-Thin White topping，UTW）是指对已经部分或全部丧失使用性能的道面进行水泥混凝土超薄层覆盖而恢复其使用功能的一种道面翻新修复的技术措施。与常规水泥混凝土道面盖被不同的是，该技术所采用的罩面层厚度通常在80mm以下，而普通的水泥混凝土盖被厚度多在200mm以上；二者不仅存在着厚度上的差别，它们的力学反应机制也存在着根本差异，主要表现为荷载作用下结构层的物理力学反应状态的本质差别。具体体现为常规厚度盖被是作为独立的面层结构承受各种外部荷载的作用，而下层的旧道面结构这时仅仅起到基层结构的作用，使得旧道面的剩余承载能力被抛弃；而在超薄水泥混凝土罩面结构中，通过适当的界面粘结处理，使罩面与旧道面间形成良好的粘结状态，并以复合结构的形式作为道面层共同承受各种荷载，这样，不但能充分利用下层旧道面的剩余承载能力，罩面起到完整表面作用的同时，也能够更好地与下层旧道面协调变形。该结构的技术特