水泥路面接缝传力杆偏位研究

The dowel misalignment of concrete pavement is the main defect of dowel setting, which is easy to cause stress concentration in surrounding concrete and pavement joint distress. Aiming at the common forms of dowel misalignment, this project studies on the parameters of the dowel-concrete interaction model, the interactional mechanical behavior and the performance degradation of interaction, and then reveals the working state and the damage mechanism of the interfacial concrete from the mesoscopic level. This project develops mechanical testing devices of dowel misalignment, to test the longitudinal sliding and the lateral supporting parameters of the dowel-concrete interaction through the longitudinal drawing test and the transverse shear test, respectively, and then develops the dowel-concrete interaction model in a state of dowel misalignment. Based on the developed interaction model and the plastic damage model of concrete, this project establishes a refined numerical analyzing model of a joint structure with dowel misalignment, to analyze the response of the joint structure subjected to loading and temperature variation, and then clarify the dowel-concrete interactional mechanical behavior. Using an accelerated loading test, combined with industrial CT scanning, interaction performance testing, and fatigue simulation analysis, this project reveals the performance degradation mechanism of the dowel-concrete interaction and the fatigue damage mechanism of concrete with dowel misalignment and induces the tolerance of dowel misalignment. The expected results will provide a theoretical basis for the analysis and design of the dowel of concrete pavement.

水泥路面接缝传力杆偏位是传力杆设置的主要缺陷，易引起周围混凝土应力集中以及路面接缝病害。本项目针对常见的接缝传力杆偏位形式，开展传力杆－混凝土界面接触模型参数、接触力学行为和接触性能退化研究，进而从细观层面揭示界面混凝土的工作状态及损伤机理。项目研发传力杆偏位力学试验装置，通过纵向拉拔试验和横向剪切试验，测试传力杆－混凝土纵向滑动和横向支承接触参数，提出传力杆偏位状态下传力杆－混凝土界面接触模型；基于界面接触模型和混凝土塑性损伤模型，建立含偏位传力杆的接缝结构精细化数值分析模型，分析荷载作用和温度影响时的接缝结构响应，阐明传力杆偏位状态下传力杆－混凝土界面接触力学行为；通过加速加载试验，结合工业CT损伤扫描、接触性能测试和疲劳仿真分析，揭示传力杆偏位影响下传力杆－混凝土界面接触性能退化机制和混凝土疲劳损伤机理，反演传力杆偏位容许范围。预期成果可为水泥路面接缝传力杆分析和设计提供理论依据。

为了增强水泥路面横向接缝两侧混凝土板的整体性，提高接缝传荷能力，常在接缝处相邻混凝土板内设置传力杆，同时为了保证混凝土板在温度变化时能够自由伸缩翘曲，传力杆需居中对齐且保持一端滑动一端粘结。而实际传力杆由于各种原因常常偏离理想位置即发生偏位，导致传力杆伸缩受限而引起周围混凝土应力集中甚至损伤破坏。. 项目提出应用非线性断裂力学中的黏聚区模型描述混凝土材料受力后从线弹性行为至损伤开裂全过程的本构关系，推导了本构关系中双线形软化损伤因子表达式，并通过混凝土小梁弯曲试验进行了验证。同时还提出应用混凝土损伤塑性模型表征混凝土发生塑性屈服后的刚度退化性质，提出了由路面混凝土弯拉强度得出直接拉伸与直接压缩应力-应变全曲线的方法，以及损伤塑性阶段损伤因子的计算方法，并通过混凝土单轴拉伸与压缩试验进行了验证。项目从宏观层面，分析了混凝土路面板从加载到断裂全过程的截面应力分布与承载力变化，揭示了混凝土板的损伤开裂机理，以及承载力随损伤开裂的变化规律。项目还从细观层面，分析了混凝土材料中孔隙率、骨料体积分数和骨料砂浆界面强度等对混凝土试件开裂与承载力的影响规律。项目分析了不同轴载大小作用、传力杆偏位程度和混凝土强度等级等因素影响下，水泥路面接缝传力杆周围混凝土的塑性应变、损伤因子和等效应力的分布及发展规律，揭示了传力杆周围混凝土的损伤破坏机理。. 项目成果突破以往水泥路面分析所采用的线弹性极限强度理论，引入损伤断裂模型描述路面混凝土的非线性损伤特性，阐明了混凝土材料的损伤模型形式及参数取值、水泥路面板的损伤开裂机理和传力杆周围混凝土的破损机理，可为混凝土损伤破坏模型分析、水泥路面开裂分析、传力杆周围混凝土破损分析提供理论参考。另外，依托项目还开展了沥青混合料低温抗裂性能研究和高黏沥青改性机理及路用性能研究。依托项目成果，发表学术论文8篇，其中SCI论文2篇、EI论文5篇、中文核心论文1篇，培养硕士研究生3名。