水泥路面板早期固化殘餘應力產生機理及測量方法研究

《水泥路面板早期固化殘餘應力產生機理及測量方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由李新凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水泥路面板早期固化殘餘應力產生機理及測量方法研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李新凱

項目摘要

水泥混凝土路面板早期收縮變形受到內部骨料和外部邊界約束後將導致早期固化殘餘應力和早期固化翹曲的發生，從而影響板的開裂行為。為此，本項目首先針對水泥混凝土早期收縮行為，開發能夠測量水泥混凝土內部相對濕度的試驗裝置，並基於毛細孔液面平衡方程建立相對濕度和內應力發展的細觀計算模型，分析水泥混凝土早期固化殘餘應力產生機理；然後通過室內大尺寸板試驗研究水泥路面板內相對濕度變化規律和板早期固化翹曲行為，在此基礎上建立邊界約束和非線性相對濕度梯度下水泥路面板翹曲計算模型，分析早期固化殘餘應力和翹曲對板開裂行為的影響；最後借鑑金屬工程中測量表面殘餘應力的方法，採用鑽環法測量水泥混凝土板表面殘餘應力，通過室內試驗和鑽環過程的數值模擬完成不同工況下的對比分析，驗證測量方法的可行性。.本研究有助於解釋水泥混凝土早期固化殘餘應力產生機理，提出並驗證鑽環測量方法的可行性，為水泥混凝土路面設計方法的完善提供依據。

結題摘要

水泥混凝土路面早期固化翹曲和殘餘應力將導致水泥路面發生板頂-底開裂，但是在我國設計規範中並沒有考慮早期固化翹曲因素。本項目首先針對水泥混凝土早期收縮行為，借鑑國內外相關研究成果，根據水泥混凝土毛細孔壓力收縮機理，建立了水泥混凝土內部相對濕度變化和乾縮變形的關係，開發了一種能夠測量水泥混凝土內部相對濕度的試驗裝置，並通過室內和試驗試驗驗證了該裝置的可行性及可靠性。然後，針對水泥路面早期固化翹曲機理，分不同時間澆築了多個大尺寸梁式試件，埋設了溫濕度感測、應變感測等自澆築開始為期15天的連續監測，分析了環境溫度和濕度對其翹曲行為的影響機理，確定了早期翹曲計算方法和零應力溫度梯度的確定方法，並通過有限元模型分析了早期固化翹曲對服役期水泥路面板開裂行為的影響。最後，針對早期固化翹曲在水泥路面板表面形成的殘餘應力問題，借鑑金屬工程中殘餘應力測量方法-鑽孔法，本項目提出了鑽環法測量水泥路面板表面殘餘應力的方法，建立了鑽環法的有限元計算模型，通過生死單元技術完成了鑽環前後水泥路面板表面應力釋放的數值模擬分析，並通過不同工況的數值模擬分析提出了鑽環法測量水泥路面表面殘餘應力的合理參數，與美國機場道面研究中心完成的梁式結果對比檢驗了有限元模型的準確性，通過室內小型尺寸水泥路面板的鑽環試驗檢驗了該方法的可行性。 本項目的研究成果解釋了水泥路面早期固化翹曲和殘餘應力的產生機理，與水泥路面的板頂-底實際開裂狀況有著密切聯繫，為將來水泥路面設計規範的完善提供了依據。