基于随机场理论的水泥混凝土路面结构可靠性分析-道路与铁道工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: U416.01 U.D.C: 625 Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY ON CEMENT CONCRETE PAVEMENT STRUCTURAL RELIABILITY BASED ON RANDOM FIELD THEORY Candidate： Zhang Haiyong Supervisor： Prof. Wang Caixia Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Road and Railway Engineering School of Transportation Science Affiliation： and Engineering Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 在我国，水泥路面结构是十分重要的路面结构形式之一，无论是在高等级公 路中还是在低等级公路中都有十分广泛的应用。评价水泥路面质量的一个十分重 要的指标是路面结构的可靠度，这也是水泥路面结构研究的一个重要内容。水泥 路面结构的尺寸、材料性能和作用荷载均具有不确定性，如何更加准确的描述上 述随机因素、选择适合的可靠性分析方法以及分析随机因素对结构可靠性的影响 是本文研究的主要内容。 (1)首先分析影响水泥路面结构可靠性的随机因素，主要有累计标准轴载作用 次数、轴载、混凝土弯拉强度、温度梯度、各结构层材料的模量、混凝土板厚度。 根据上述因素的特点，将面层、基层和土基模量模拟为二维随机场，其他因素模 拟为随机变量。根据局部平局法将模量随机场离散为随机变量，计算了协方差矩 阵与相关系数矩阵。 (2)然后基于 Ansys 软件，建立水泥路面结构有限元模型，同时验证了模型的 正确性。将上述随机变量作为输入变量，分布形式均采用截断的正态分布，根据 Ansys/PDS 模块提供的蒙特卡罗法，计算了混凝土板疲劳断裂和极限断裂两种极限 状态情况下的结构失效概率，分析了对结构可靠性影响较大的随机因素，主要有 混凝土板厚度、轴载、混凝土弯拉强度和面层模量。并对比分析了模量的随机场 模型和随机变量模型对结构失效概率的影响，结果表明模量随机变量模型计算的 失效概率要大于模量随机场模型计算的失效概率。 (3)最后分析了轴载、材料模量、混凝土板厚度、面层与基层的接触条件和温 度梯度与车辆荷载综合作用对路面结构可靠性的影响。结果表明，板厚均值、面 层模量均值和轴载对水泥路面结构可靠性影响显著，板厚、面层模量变异系数相 比于均值来说，对结构可靠性影响较小；面层与基层的摩擦系数与结构失效概率 的关系曲线存在临界点，控制摩擦系数大于该点对于提高结构可靠性十分有益； 温度梯度与车辆荷载综合作用对结构可靠性影响十分显著，正温度梯度时结构失 效概率明显大于未考虑温度梯度与车辆荷载综合作用时结构的失效概率，而负温 度梯度时结构失效概率很小。 关键词：水泥混凝土路面；随机场；蒙特卡罗法；失效概率；可靠度 I Abstract In China, the cement concrete pavement is a very important pavement structure. It has a very wide application both in the high-grade highway and the low-grade highway. The reliability is a very important quality indicator of the pavement structure. It is also an important content of cement pavement structure research. The structure size, material property and load are uncertainty. How to describe the random factors more accurately, choosing a suitable reliability calculation method and analysis the reliability which is affected by random factors is the main content in this