【摘要】：由于路面長期暴露在太陽照射下,產(chǎn)生的熱應(yīng)力極易造成路面熱屈曲與熱后屈曲問題,并且路面上下表面極易產(chǎn)生溫度差。在實(shí)際中路面多采用單一均質(zhì)傳統(tǒng)混凝土材料如普通硅酸鹽(PPC),此類材料不僅剛度不高,且容易產(chǎn)生大量的溫室氣體危害環(huán)境。因此,本文提出了一種新的功能梯度混凝土路面,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)路面的抗熱屈曲與抗熱后屈曲性能同時(shí)降低碳排放量的目標(biāo)。在此功能梯度材料中使用了纖維增強(qiáng)混凝土(FRC)、無機(jī)聚合物混凝土(GPC),不僅能幫助提高結(jié)構(gòu)剛度并且相較于PPC更為環(huán)保,然而PPC由于其價(jià)格低廉也仍被考慮使用在功能梯度路面中。與板梁?jiǎn)栴}不同,路面的密度大并且路面底層和基底都極為粗糙,因此在分析路面熱屈曲與熱后屈曲行為時(shí)不能忽略重力與摩擦力的作用,即無法使用板梁的熱屈曲與熱后屈曲理論進(jìn)行求解。此外,在路面中又引入了功能梯度材料,使得其熱屈曲和熱后屈曲理論變得非常復(fù)雜且尚未有相關(guān)文獻(xiàn)作出報(bào)道,而路面鋪設(shè)成本大且實(shí)驗(yàn)周期長,所以本文采用有限元數(shù)值模擬手段(使用有限元商業(yè)軟件ABAQUS)對(duì)功能梯度路面熱屈曲與熱后屈曲問題進(jìn)行研究。特別討論了功能梯度材料參數(shù)與路面結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的影響,同時(shí)研究了均勻和非均勻溫度場(chǎng)的作用。主要研究內(nèi)容如下:1.根據(jù)不同長度的混凝土路面,在有限元中建立連續(xù)路面和鉸接路面模型。連續(xù)路面由于實(shí)際鋪設(shè)時(shí)可能在路面或是基底內(nèi)引入缺陷,可分為缺陷形式I和缺陷形式II;鉸接路面根據(jù)兩長路面中間鉸接或長路面與剛體鉸接(如橋墩、路牙等)兩種情況可分為鉸接形式I和鉸接形式II。2.驗(yàn)證有限元模型的合理性與網(wǎng)格收斂性。求解單一均質(zhì)PPC路面的有限元熱屈曲與熱后屈曲結(jié)果,并與文獻(xiàn)基于實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)的理論解進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,說明路面熱屈曲與熱后屈曲的有限元建模過程的準(zhǔn)確性。同時(shí),使用有限元求解功能梯度梁的熱后屈曲結(jié)果與微分求積法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,確保功能梯度材料有限元建模方式的準(zhǔn)確性。隨后,對(duì)不同網(wǎng)格密度的有限元模擬結(jié)果進(jìn)行討論,在保證精度的同時(shí)選用最少網(wǎng)格數(shù)量。3.對(duì)添加與未添加重力和摩擦力的路面的熱屈曲與熱后屈曲結(jié)果進(jìn)行對(duì)比;對(duì)路面長厚比、缺陷幅值等參數(shù)對(duì)功能梯度路面的臨界熱屈曲溫度和熱后屈曲曲線的影響進(jìn)行討論。此外,改變功能梯度層厚度和體積分?jǐn)?shù)指數(shù)數(shù)值,計(jì)算相應(yīng)材料參數(shù)并賦予在有限元模型中。根據(jù)計(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)其對(duì)功能梯度路面熱屈曲和熱后屈曲問題的影響。4.使用ABAQUS的子程序UTEMP對(duì)模型定義非均勻溫度場(chǎng)。利用線性插值函數(shù)沿路面厚度方向定義溫度梯度場(chǎng)并與均勻溫度場(chǎng)作用下的路面臨界熱屈曲溫度與熱后屈曲曲線進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證在考慮該問題時(shí)使用非均勻溫度場(chǎng)的重要性。本文通過建立合理可靠的計(jì)算功能梯度路面熱屈曲與熱后屈曲的有限元模型,幫助設(shè)計(jì)功能梯度材料分布方式,控制功能梯度層的屬性(包括層厚與層的體積分?jǐn)?shù)指數(shù))。在控制成本的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)提升路面抗熱屈曲與抗熱后屈曲性能并且減少碳排放量的目標(biāo)。同時(shí),研究重力摩擦力、缺陷幅值、長厚比與非均勻溫度場(chǎng)對(duì)功能梯度路面熱屈曲與熱后屈曲的影響。
【圖文】：

來自自然界的功能梯度材料[8]

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)型）升起屈曲所涉及的力學(xué)問題，其中一類模式類似于在一維梁中的模式，同樣適用于鐵軌道、海底管道和路面等結(jié)構(gòu)，并提出了路面可能發(fā)生的不同缺陷情況。Yang Bradford[41, 42]在這些基礎(chǔ)上研究了路面端部轉(zhuǎn)角剛性對(duì)路面熱屈曲和熱后屈曲的影響
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U416.2

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本文編號(hào)：2688722