缝隙式透水路面结构承载稳定性及优化设计

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缝隙式透水路面是海绵城市建设中常用的透水铺装类型之一,主要由面层、找平层、基层和底基层组成,其面层主要由混凝土路面砖及砖体间的接缝组成,通过在接缝内填充小尺寸透水材料来实现路面的透水功能,整个路面结构具有承载力高、耐久性好、维护方便等优点。本文对缝隙式透水路面的结构设计方法及结构承载特性进行了试验和理论研究,旨在为工程实践奠定理论和技术基础。
  (1)基于水文和承载两个性能指标对缝隙式透水路面进行结构设计,提出了路面设计的优选指标及次选指标,确定了各设计指标的计算方法;在综合考虑水文和承载性能相匹配的基础上,建立了缝隙式透水路面的设计方法。
  (2)采用正交试验法研究了接缝宽度、填缝材料类型及找平层厚度对路面砖承载后与填缝材料嵌锁程度的影响,试验发现了面层具有“拱效应”,探讨了面层在荷载作用下“变刚度”的承载特性和承载机理,结果表明“拱效应”会呈现出一种从弱到强、趋于稳定、最终破坏的变化趋势。
  (3)通过室内循环加载试验测试了在不同荷载作用次数下,碎石基层的空隙率及级配对路面结构竖向永久变形的影响,结果表明随着荷载作用次数的增加,路面的竖向变形量也逐渐增加,在荷载作用次数达2000次时,每千次的荷载作用次数竖向变形的增长率稳定在2~3%;建立了永久变形与基层空隙率间的预估模型,相关系数达到0.98734;结合试验数据,提出了缝隙式透水路面的荷载-弯沉曲线,探究了路面结构整体的承载机理。
  (4)建立了缝隙式透水路面三维有限元模型,分析了路面结构内部延深度方向和水平方向上竖向变形随循环荷载作用下的变化趋势,结果表明竖向位移的变化与荷载作用大小保持高度一致,通过对路面结构承载性能的分析研究,对路面结构进行优化设计。
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