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FRP连续配筋混凝土路面冲断研究

马小舟  
【摘要】:在连续配筋混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement,简称CRCP)中,使用聚合物纤维增强筋(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)代替传统钢筋可以解决因钢筋遇到空气和雨水的侵蚀而发生锈蚀所引起的路面冲断问题。FRP比传统钢筋更耐腐蚀,质量轻、强度高、模量低,热膨胀系数更接近于混凝土,同时还是电和磁的不良导体,因此使用FRP取代传统钢筋具有优越的实用价值。尽管现在已经开始修建使用FRP的混凝土路面,但有关冲断的设计指标还有待进一步的研究和实践。通过实验室的试验方法测定了FRP筋的极限抗拉强度和弹性模量,表明FRP筋具有高强度和低模量的特征;通过FRP筋混凝土和普通混凝土标准立方体抗压强度试验,利用ANSYS有限元模拟试验过程,得到了一致的结果,表明FRP筋混凝土的力学性能要优于普通混凝土;通过ANSYS对FRP筋混凝土和普通混凝土进行加载-卸载循环过程,分析其应力应变关系,表明FRP筋的耐疲劳破坏能力强于普通混凝土。由试验结果及有限元模型的分析均指出,在CRCP中使用FRP比使用普通钢筋更为合适。采用ANSYS建立FRP-CRCP模型,分析了在动载和静力作用下,车辆荷载对FRP混凝土路面和普通混凝土路面的结构力学响应的影响,分析结果如下:在动载的作用下,距离车载作用中心位置越近其竖向位移就越大;在轮载作用次数不同的条件下,作用次数不断的增加,面层内的最大剪应力峰值、层底和层表最大剪应力、最大竖向压应力、层底最大拉应力都出现非线性的增加;在静载作用下,路面面层应力、面层的剪切变形、竖向及横向变形在两种路面结构中都表现出相似的变化规律,但FRP混凝土路面各项指标都明显要优于普通混凝土路面。冲断是连续配筋混凝土路面最常见的破坏类型,它主要在裂缝密集的区域产生;通过分析冲断产生的过程和破坏的机理指出了路面研究的方向。分析FRP-CRCP结构冲断破坏的影响因素及随影响因素的变化规律,考虑裂缝传荷水平随时间变化的损耗、纵向上的裂缝间距分布随时间的变化、混凝土材料的累积损伤,采用增量分析法建立了冲断损坏的预估方程。该文章所研究的内容对阐明FRP-CRCP结构性能变化的机理、结构损坏的控制方法有着重要的意义,为建立与完善FRP-CRCP设计理论奠定基础。


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