水泥混凝土路面早期固化翘曲和残余应力将导致水泥路面发生板顶-底开裂，但是在我国设计规范中并没有考虑早期固化翘曲因素。本项目首先针对水泥混凝土早期收缩行为，借鉴国内外相关研究成果，根据水泥混凝土毛细孔压力收缩机理，建立了水泥混凝土内部相对湿度变化和干缩变形的关系，开发了一种能够测量水泥混凝土内部相对湿度的试验装置，并通过室内和试验试验验证了该装置的可行性及可靠性。然后，针对水泥路面早期固化翘曲机理，分不同时间浇筑了多个大尺寸梁式试件，埋设了温湿度传感、应变传感等自浇筑开始为期15天的连续监测，分析了环境温度和湿度对其翘曲行为的影响机理，确定了早期翘曲计算方法和零应力温度梯度的确定方法，并通过有限元模型分析了早期固化翘曲对服役期水泥路面板开裂行为的影响。最后，针对早期固化翘曲在水泥路面板表面形成的残余应力问题，借鉴金属工程中残余应力测量方法-钻孔法，本项目提出了钻环法测量水泥路面板表面残余应力的方法，建立了钻环法的有限元计算模型，通过生死单元技术完成了钻环前后水泥路面板表面应力释放的数值模拟分析，并通过不同工况的数值模拟分析提出了钻环法测量水泥路面表面残余应力的合理参数，与美国机场道面研究中心完成的梁式结果对比检验了有限元模型的准确性，通过室内小型尺寸水泥路面板的钻环试验检验了该方法的可行性。 本项目的研究成果解释了水泥路面早期固化翘曲和残余应力的产生机理，与水泥路面的板顶-底实际开裂状况有着密切联系，为将来水泥路面设计规范的完善提供了依据。 2100433B

水泥混凝土路面板早期收缩变形受到内部骨料和外部边界约束后将导致早期固化残余应力和早期固化翘曲的发生，从而影响板的开裂行为。为此，本项目首先针对水泥混凝土早期收缩行为，开发能够测量水泥混凝土内部相对湿度的试验装置，并基于毛细孔液面平衡方程建立相对湿度和内应力发展的细观计算模型，分析水泥混凝土早期固化残余应力产生机理；然后通过室内大尺寸板试验研究水泥路面板内相对湿度变化规律和板早期固化翘曲行为，在此基础上建立边界约束和非线性相对湿度梯度下水泥路面板翘曲计算模型，分析早期固化残余应力和翘曲对板开裂行为的影响；最后借鉴金属工程中测量表面残余应力的方法，采用钻环法测量水泥混凝土板表面残余应力，通过室内试验和钻环过程的数值模拟完成不同工况下的对比分析，验证测量方法的可行性。.本研究有助于解释水泥混凝土早期固化残余应力产生机理，提出并验证钻环测量方法的可行性，为水泥混凝土路面设计方法的完善提供依据。

复合材料固化残余应力模型是描述复合材料残余应力与固化温度、时间及压力之间关系的数学模型。

中文名称

复合材料固化残余应力模型

英文名称

residual stress model of composite

定　　义

描述复合材料残余应力与固化温度、时间及压力之间关系的数学模型。

应用学科

材料科学技术（一级学科），复合材料（二级学科），增强体（三级学科）

1.盲孔法残余应力测量

它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔 ，以去除一部分具有应力的金属，而使圆 孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新 的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变 量，就可以计算原应力场的应力值。

残余应力检测仪主要采用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力分析和研究，还可作为在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器。如果配用相应的传感器，也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。它以计算机为中央微处理机，采用高精度测量放大器、数据采集和处理器，测量中无需调零，可直接测出残余应力值的大小及方向，实现了残余应力测量的自动化。

2.磁测法残余应力测量

磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知，铁磁材料具有磁畴结构，其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。

3.X射线衍射法残余应力测量

在各种无损测定残余应力的方法之中，X射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。它原理成熟，方法完善，经历了七十余年的进程，在国内外广泛应用于机械工程和材料科学，取得了卓著成果。

X-射线应力测定仪是一种简化和实用化的X射线衍射装置，因而它还有一项附加的功能──测定钢中残余奥氏体含量。由于它适用于各种实体工件，而且能够针对同一点以不同的φ角、Ψ角进行测试,以探测织构的影响，这项功能便具备了重要而独特的用途。

钻孔灌注桩存在因泥皮降低侧阻与沉渣降低端阻及承载力离散等问题，故灌注桩后注浆技术应运而生。但目前对灌注桩注浆后带来桩端持力层的加固作用、残余应力等方面缺乏研究，同时对桩基的破坏方式与破坏机理缺乏系统研究。本课题采用室内注浆模拟试验、 现场注浆试验、现场静载试验、钻孔取芯观测及理论建模研究相结合的方式，对桩端后注浆过程中浆液扩散、桩端加固作用、残余应力及破坏机理进行系统研究。通过室内试验研究了注浆对土层物理力学参数的影响、砂土浆液的可注入性的影响因素以及浆液在不同土体中的压滤、压密和劈裂效应及其发展规律；通过现场试验研究桩端后注浆残余应力及变化规律、桩端后注浆残余应力对桩基承载力的影响以及桩端后注浆破坏方式和破坏机理；在试验的基础上，建立了后注浆过程中渗透注浆、压密注浆模型，水泥浆液压滤模型以及桩端残余应力模型等内容。课题研究结果很好的解决了桩端后注浆过程中的关键难题，为后注浆的推广应用提供了很好的基础。 2100433B