![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
路基不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影响数值分析.pdf
《路基不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影响数值分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《路基不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影响数值分析.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 3 7卷 , 第 5期 2 0 1 2年 1 0月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i ng Vo 1 3 7No 5 Oc t, 2 0 1 2 路基不均匀沉 降对沥青混凝土路面结构 影响数值分析 黄永强 , 李海波 ,马兴峰 , 王 咂 , 李 强。 ( 1 湖南省交通科学 研究院 , 湖南 长沙4 1 0 0 1 5 ; 2 衡桂高速公路建设开发有 限公 司,湖南 衡阳4 2 1 0 0 1 ; 3 中南大学 , 湖南 长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘要针对路基不均匀沉降条件下路面结构破坏机理难以解析的现状 , 引入数值分析 方法 , 建立 了
2、沥青混 凝土路面结构对路基 横向不均匀沉降力学 响应 的有 限元模 型 , 重 点针对 路基两侧 沉降 、 一侧沉 降和 中心 沉降 3种 不均匀沉 降形式进 行分析 , 主要研究不均匀沉降量及路面结构参数对路面结构破坏的影响。 关键 词】路基 ;不均 匀沉 降;沥青混凝土路面 ; 数值分析 【 中图分类号U 4 1 6 2 2 文献标识码 】A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 3 4 0 7 Nu m e r i c a l Ana l y s i s o n I n flu e n c e o f S u bg r a d e Un e v
3、 e n S e t t l e me n t o n Pa v e me n t S t r u c t ur e o f As p ha l t Co n c r e t e HUAN G Yo n g q i a n g , L I Ha i b o , M A Xi n g f e n g ,W A NG Xu a n , L I Qi a n g ( 1 H u n a n C o m mu n i c a t i o n R e s e a r c h e r I n s t i t u t e ,C h a n g s h a , Hu n a n 4 1 0 0 1 5 ,C
4、h i n a ; 2 Hu n a n H e n g g u i Ex p r e s s wa y Co n s t r u c t i o n a n d De v e l o p me n t Co L t d,He n g y a n g,Hu n a n 4 21 00 1,Ch i n a;3Ce n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ,C h a n g s h a , Hu n a n 4 1 0 0 7 5 ,C h i n a ) Ab s t r a c t T h e f i n i t e e l e m e n t m
5、o d e l o f m e c h a n i c a l r e s p o n s e f o r t h e d i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n t o f a s p h a h c o n c r e t e p a v e me nt s t r u c t ur e wa s e s t a bl i s h e d by n u me r i c a l a n a l y s i s me t h o d i n a l l us i o n t o e x p l a i n t h e s i t u a t i o n
6、 t h a t t h e f a i l u r e me c h a n i s m o f b e d d i f f e r e n t i a l s e t t l e me n t wh i c h wa s h a r d t o e x p l a i n,a n d t h e s e t t l e me n t mo d e s we r e a n a l y z e d i n p o i n t f o r b o t h s i d e s o f b e d,t h e s i d e o f b e d a n d t h e c e n t e r ,d
7、 i f f e r e n t u n e y e n s e t t l e me n t a nd b e d p a r a me t e r s we r e r e s e a r c h e d a s t h e pr i ma r y i n fl ue n c e f a c t o r s t o e x p l a i n b r e a k a g e o f pa v e me n t s t r u c t u r e Ke y w o r d s s u b g r a d e ; u n e v e n s e t t l e m e n t ;p a v e
8、 m e n t s t r u c t u r e o f a s p h a l t c o n c r e t e ; n u me r i c a l a n a l y s i s 0 引言 路基填筑过程中及工后所产生的不均匀沉降是 路面结构破坏的主要原 因之一 , 由于路基的不均 匀沉降将对路面结构层产生附加应力, 使路面结构 产生裂缝 , 容 易引起路 面结构 的早期破坏 。基 于路基不均匀沉降产生机理的复杂性 , 通过理论解 析预估不均匀沉降对路面结构 的影响非常困难 , 而 利用数值计算方法和软件平台模拟不均匀沉降条件 下路面结构层 的破坏效果 明显 , 其结论能够有效 指
9、导路基的填筑及后期维护 。 1 数值分析模型的建立 本文采用大型的有限元分析软件 A N S Y S软件 建立有限元模型, 并进行结构分析。 1 1模 型 几何 尺 寸 路面结构是一种多层体系 , 对于多层体系应力 应变的分析通常假定路面结构各层厚度均为有 限, 水平方向为无限。采用有限元方法对路面结构进行 分析时, 并不需要取其无限大尺寸的结构 , 实际处理 这类问题时, 通常的做法为: 在保证计算精度的前提 下, 对结构取其有 限尺寸 。本文所取 的路面结 收稿 日期2 0 1 2 0 4 2 6 基金项 目】 湖南省交通科技项 目( 2 0 0 3 l 4 ) 作者简 介黄永强 ( 1
10、9 6 6 一) 男 湖 南长沙人 , 博士 高级工程师 , 主要从事公路 工程研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 黄永强 , 等 : 路基 不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影 响数值分析 3 5 构尺寸为 : 路面结构左右两幅宽度分别取 1 0 m, 中 央分隔带的宽度为 2 m, 纵 向长度取为 2 5 m。根据 对称性取半 幅路面结构进行建模 , 得到 的路面结构 概 化模 型 如 图 1所示 。 沥青混凝土路面结构有限元模型中面层厚度取 1 8 c m, 基层厚度 取 2 0 c m, 垫层厚度 取 2 0 c m; 水泥 混凝土路面结构有限
11、元模型中面层取 2 5 c m厚混凝 土面板 , 基层为 2 0 c m厚 6 水泥稳定碎石 , 垫层为 2 0 c m 厚 4 的水 泥稳 定 碎石 。 圄 1模型几何 尺寸 图( 单位: m m ) Fi g u r e 1 d i me n s i o n a l d r a wi n g o f mo d e l 1 2 材料参数 有限元模 型中的材 料参数见表 1 。面层、 基层 和垫层的材料参数取 自于设计资料。 表 1 沥青 混凝土结构 模型主要材料 参数 T a b l e 1 m a j o r m a t e r i a l p a r a me t e r s o f A
12、 s p h a l t C o n c r e t e m o d e l 1 3单元 类型 选择 路面结构层均采用八节点实体单元模拟 。由于 混凝土面层与基层 、 垫层 之间接触关系 的模拟是数 值仿 真分析 中的难点 问题 , 本文 采用经 典 的 C o u - l o m b摩擦模 型模 拟其接触关 系 。由于在长期车 辆荷载作用下 , 面层与基层顶面变形协调 , 故在加载 过程 中接触面两侧单元法向不允许分离 。接触面的 力学 模型 如 图 2所 示 。 图 2接 触 面 的 力学 模 型 F i g u r e 2 me c h a n i c a l mo de l o f c
13、 o nt a c t a r e a 面 层 与基 层 间建 立接 触 面 , 采 用 接 触 单 元 与 目 标单 元 建立 接触 对 , 接 触 面 的 粘 结 强 度 按 砂 浆 与 密 实碎石土的粘结强度选取 为 9 0 k P a , 摩擦 系数 取 为基层土体 内摩擦角的正切值 , 为 0 7 。所建立 的 有 限元模 型如 图 3所示 。 图 3有限元计算模型 F i g u r e 3 f i n i t e e l e me n t c a l c u l a t i o n mo d e l 1 4 边界 条 件 与加 栽方 式 计算中考虑路基不均匀变形 引起的路面结构附
14、 加应力 , 故模型中约束断面两侧沿线路走 向的位移 。 计算 中采用位移加载的模 拟方法 , 即采用在路面结 构层底面施 加位移 约束 的方式施加 荷载 。此 处 采用抛物线模拟路基顶面的变形 , 从而求得路面结 构的附加应力 。计算 中考虑的路基不均匀沉降形式 主要有路基两侧沉降、 路基一侧沉降和路基 中心沉 降 加 , 如图 4所示。通过对 比可知: 路基两侧沉降 和一侧沉降取半幅路面结构进行计算时属于同一种 情况 , 所 以最后可简化 为图 5所示的 2种位移加载 方 案 。 I ( a )两侧沉降A ( b ) 一侧沉降B l ( c )中心沉降 C 图 4路基不均匀沉降形式 Fi
15、g u r e 4 Un e v e n S e t t l e men t h J r ms o f Pa v e me n t 2数值模 拟结果分析 2 1 路 基 两侧 或一侧 沉 降 对路 面结构 影 响分析 2 1 1 两侧或一侧沉降引起的路面结构响应 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 公路工程 3 7卷 基 层 垫层 面层 ( a ) 路基两侧或一侧沉降 面层 b 2 B 2 基层 垫 层 ( b)路 基 中心沉 降 图 5 有限元模型路基不均匀沉降形式 F i g u r e 5 Une v e n Se t t l e me n t f o
16、 r ms o f P a v e me n t o f fin i t e e l e - me n t mo de l 以路基顶面最大的沉降量为 3 c m进行计算 , 图 6图 9揭示了路面结构中面层表面应力、 面层底面 应力 、 基层表面应力和垫层底面应力沿着路面宽度 方向的变化规律。由图可知: 沥青面层表面主要受 拉应力作用 , 最大拉应力位于路面的中心位置, 很有 可能在此产生开裂, 形 成纵 向狭长的裂缝。沥青面 层底面主要也受拉应力作用 , 最大拉应力位置与面 层表面相同, 但拉应力绝对值小得多。基层表面受 拉应力作用 , 基层 中心位置拉应力最小。垫层底面 受 压应力 作用
17、, 垫 层 中 心 压应 力 最 大 。面层 与 基 层 间的切应力随着距路基 中线距离 的增 加而逐渐增 大 , 在接近路面边缘处约 1 m处开始减小 , 也正是此 切应力的存在使面层表面应力 、 面层底面应力 和垫 层底面应力均在约 1 、 9 m处出现突变。其应力状态 i 6 3 蚕 弱 一 23 -4 0 图 6面层横 向应 力分布 F i g u r e 6 ho r i z o n t a l s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f s ur f a c e 7 00 O 60 O0 5 0 0 O 4 00 0 3 0 0 0 2 0 O
18、O l n f l I l 0 O0 水 平位置 m 图 7 基层表面横向应力分布 F i g u r e 7 s u r f a c e h o r i z o n t a l s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f ba s e 0 00 一 2 0 O 0 凸_ -4 0 O 0 一 6O 00 一 8 0 J D 0 一l 00 O0 水平位置 m 0 2 4 6 8 1 0 图8垫层底面横 向应力分布 Fi g ur e 8 flo o r ho r i z o n t a l s t r e s s di s t r i bu t i o n
19、 o f c o mp os i t e g r ou n d 日 1 5 0 0 0 l 0 0 0 0 5 0 0 0 恩00 0 0 堰- 5 o o o 啵 一 l 0 0 0 0 糖 一 l 5 - 0 0 0 一 I 2 4 、 一 水 平位 置, 图 9面 层 底 面切 应 力 分 布 Fi g u r e 9 flo o r s he a r i ng d i s t r i b ut i o n of s u a c e 与结构层厚度有关 , 特别是基层厚度。 图 l 0为面层表面的竖向位移随路面宽度方 向 的分布 , 由图 1 0可知 : 面层表面竖 向位移分布与路 基顶面
20、产生的不均匀沉降形式基本一致 , 呈开 口向 下的抛物线分布, 并且位移值与沉降量接近, 这主要 是因为路面结构在竖直方向的应力和应变都很小。 l 0 妻 孟 _叵 一1 5 塾 l - 2 0 甄 水平位置 n l 0 2 4 6 8 l O 图 l O面 层 表面 竖 向位 移 分 布 Fi g u r e 1 0 t o p pi ng v e i c a l di s pl a c e me n t d i s t r i b u t i o n o f s ur f a c e 2 1 2不均 匀沉 降量对路 面结 构应 力 的影响 在分析不均匀沉降量大小的影响时 , 最大的不 均匀
21、沉降值在 56 0 m r l l 的范 围内进行取值 , 应力 值取各层的中央截面处的值 。面层表面应力、 面 层底面应力 、 基层表面应力和垫层底面应力的计算 结果 见 图 1 l 至 图 l 4 。 ; 一 I o 2 O 3 f l 4 f I 5 f 1 d f l 7 一 沉降 羞 n l l n 图 l l 不同不均匀沉 降量 下面层表面横 向应 力 F i g u r e I l t o pp i n g h o r i z o n t a l s t r e s s o f s ur f a c e un d e r di f f er e nt u n ev e n s e
22、 t t l e me n t 00 0 00 0 O 0 0 O 0 m m B d f避 匡颦 哑岳窿 隧恒 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄 永 强 , 等 : 路 基 不 均 匀 沉 降 对 沥 青 混 圭 堕 里 竺 墅 ! 竺 坌 第 5 期 厘7 0 颦 6 0 墨 懿 懑 巷 皿 l 1 0 l垦0 沉降 差 mm 图 1 2 不 同不 均匀沉降量下面层底面横 向应力 Fi g u r e 。 1 2 no 0 r ho r i z o nt a l s t r e s s o f s u r f a e e un d e r d i f f
23、e 。 n l un e - v e n s e t t l e me nt 沉降差 m i l l 图 1 3 不 同不均 匀沉 降量 下基层表面横 向应 力 F i g u r c 1 3 s u r f a c e h o r i z o n t 8 1 s t r e s s o f b a s e u n d e d i f f e 咖 l u n e - v e n s e t t l e men t 颦 墨 姜 童 看 蹬 谰 It t 1 4不同不均匀沉降量下垫层底面横 向应 Fi gu r e 1 4 flo or h o r i z o n t a l s t r e s
24、s o f e o mp o s i t e g r o u n d un de r di f f e r e nt un e v e n s e t t l e me nt 由图 1 1 图 1 4可知 : 路面结构各层 的应力受 不均匀沉降量的大小的影响十分明显。在不均匀沉 降 量 在 55 5 mm 时 , 面 层 表 面 应 力 、 面 层 底 面 应 力、 基层表面应力和垫层底面应力 随不均匀沉 降量 增加而线性增大 , 当沉降量接近 6 0 c m前 , 面层上表 面拉应力达到 0 2 8 MP a , 达到面层容许拉应力强度 值 。路面在实际工作状态中还需考虑交通荷载的作 用 ,
25、 两种应力的叠加将加速路 面结构 的破坏。这说 明控制不均匀沉 降的必要性 。 2 1 3 路面结构层参数对路面结构应力的影响 2 1 3 1 各结构层厚度对路面结构应力的影响 为分析 各结构层厚度大 小对 路面结构应 力影 响, 在计算时分别改变面层厚度 、 基层厚度、 垫层厚 度 , 其他参数保持不变。计算结果见 图 1 5图 1 7 , 由图可知 : 随着面层厚度的增加 , 面层表 面的拉 应 力线性增大, 垫层底面的压应力线性增 大, 而面层 底面和基层表面的拉应力线性减小 ; 随着基层厚 层表面 层底面 层表面 层底 面 图 1 5 不 同面 层厚度下各结构层横 向应力 Fi g u
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 路基 不均匀 沉降 沥青 混凝土 路面 结构 影响 数值 分析
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【spr****ea】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【spr****ea】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。