水泥混凝土面板脱空的有限元模型分析研究.pdf
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1、第 3 5卷 , 第 5期 2 0 1 0年 1 0 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g = = = =! 一 ) Vo 1 3 5 No 5 Oc t , 2 0 1 0 水泥混凝土面板脱空的有限元模型分析研 究 翼 啸 , 龙 劭一 ( 湖南省娄新 高速公路建设开发有限公司 ,湖南 娄底 4 1 7 o 0 O ) l n t e e l e m e n t a n a l y s i s o f t h e c a V i t y f o r mi ng m e c h a I l i s m 。 f c e me n t 0 nc r
2、e t e p a v e m e n t u n d e r ta ffi c l 0 a d s ,。 G ONG Xi a o ,LONG Sha o yi (Hu n a n L 。 u x i n Ex p r e s s wa y,L 。 u d i ,Hu n a n 41 7 O 0 O ,ch i n a) Ke y w 。 r d c e m e n t c o n c r e t e pav ement ; crag l a ct or s 矗n i t e e l e me n t a n a l , Y ,s i s;di s e n g a g i n g me c
3、 h a n i s m ; nf 1 。 “ J ;uI s eng ag l ng 丹 n; 日 m ; nf , 翅 面板底 脱空 的产生是 一 个复杂 的 髦 因 素 众 多 , 包 括 有 水 ( 水 的 杀 在 材 料 特 性 ( 基 层 材 料 的 荔 ; 、 冀 箜 载 作 用 ( 重 复 荷 载 的 吴 J 的 挠 曲 变 形 大 小 ) 和 环 境 因 素 ( 温 湿 薹 帕。 量 的关 于脱 空 的现 场 调 查 和测 试资 料 。 土 板底脱 空分 为 2类 : 、 型 空 。 在 环 境 因 素 作 用 下 薹 萎 化 ) 发 生 翘 曲 变 形 , 板 的 边 言
4、璺 。可 能 同 地 基 顶 面 脱 离 盖 载 或 温度翘曲的重复作 ,1阳1 4下 , 曼 姜 塑 性 变 形 累 积 导 致 板 竺 篓 土 路 面 板 底 因 温 湿 层 墨 积 等 原 因 产 生 的 脱 空 藉 妻 挚 裂 缝 和 板 边 缝 隙 渗 入 到 芸 筹 竺 作 用 下形成有压水在板底 板边高速流动 ,对基层顶面进行冲刷 , 基 竺 到 路 面 上 产 生 唧 泥 现 象 , 随 着 细 颗 竺 : 底 形 成 脱 空 , 将 唧 泥 弓 磊 磊 空 称 为 唧 泥 型 脱 空 ,见 图 1 。 帆 图 l 水泥混凝土路面板 唧泥示意 图 z 有 限元模型数值计算分析
5、2 1 路 面结构 分析模 型 计算假设和简化 。 舛 白 曩 、 层 、底 基 层 和 路 基 均 为 均 匀 、 连 续 、各 向同性的性弹性体; , 凝 土板 、 基 层 、底基层和路基接触条件为 完全连续 : c 各结构层均不计 自雷 : 收稿 日期】2 0 1 0 0 8 2 7 作者简介 龚啸( 1 9 7 。 ) , 男, 湖北天 门人 ,高级工程师 , 硕士 ,从事高速公司建设管理与研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 龚 啸 , 等 : 水泥混凝土面板脱空 的有 限元模型分析研究 l 2 9 d分析中只考虑一块板 , 即不考虑板间
6、的传荷 的影响 。 单元类型的选取。 混凝 土板 、 基 层 、 底 基 层 和 路 基 均 采 用 s o l i d 9 5 三维实体单元 , 该单元为 2 0节点高 阶次单元 , 每个 节点有 3个沿着 、 y和 z方 向的 自由度 , 具有较高 的计 算精 度 。 材料 及模 型 参数 。 水泥 混凝 土路 面 各结 构层 的材 料 和模 型参 数如 表 1所示 , 模型尺寸 :凝土面板 尺寸为 5 3 7 5 0 2 7 m, 考虑到减少边界条件的影响 , 基层 、 底基层 和路 基采用 扩 大尺 寸 , 7 5 7 53 3 2 m。 表 1材料和模型参数表 载荷 。 车辆荷 载
7、分 4种 基 本 类 型 :单 轴 单 轮 , 单 轴 双 轮 , 双 轴双 轮 和三轴 双 轮 , 载 重 卡车 的双 轮 中心轮 距 变 化 在 2 5 3 4 c m 之 间 , 轮 距 为 1 6 51 8 6 c m, 轴 距 为 I 1 21 4 0 c m。根据我国水泥路面设计规范中对 车辆荷载的考虑方法 , 在有限元计算 中采用单轴双 轮荷载, 其具体 的荷载图式如图 2所 示。轮胎接地 面积 采用矩 形 , 轮胎 接 地 压力 和接 触 面积 边 长 如 表 2所示 , 整个作用面内载荷均匀分布。轴重级别为: 1 0 0 、 1 5 0 、 2 0 0、 2 5 0 、 3
8、0 0 、 3 5 0 k N 6种情 况 。 单 轴一 双轮组 图 2单轴 双轮荷载图式 ( 单位: e m ) 表 2轴载级别 、 轮胎接地压 力与作用边长 2 2有 限元 分析 结 果 2 2 1 脱 空 域形 成 机理 为探讨水泥混凝土路面板下脱空形成机理 , 考 虑标准载荷 B Z Z 一 1 0 0 k N作用下 的路面结构弯沉和 拉 应力 。为 了提 高 精 确 度 , 对 车 辆 载 荷 作 用 区 域 的 网格 划分 较 密 , 相应 边界 条件 如 图 3所 示 。 由图 4可 知 , 当 载荷 沿 水 泥 混凝 土 面 板 纵缝 移 动时, 四边 自由的板产生的弯沉最大出
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