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1、复合材料铺面板解析分析第36卷第2期,,0l_36No.2河北工业大学JOURNALOFHEBEIUNIVERSITYOFTECHN0L0GY2007年4月April2007文章编号:1007.2373(2007)02-0005-06复合材料铺面板解析分析陈洲,王秉纲(长安大学公路学院,陕西西安710064)摘要使用复合材料是交通工程领域新的发展方向,复合材料铺面板是其具体应用之一.本文以弹性力学理论为基础,将复合材料铺面板等效为正交异性薄板,应用刚性路面设计理论,对铺面板基于松软地面的力学特性进行了解析分析;并以轮式装备
2、为例,对3种典型工况的挠度,应力进行了分析计算,验证了解析分析方法的正确性.关键词复合材料;铺面板;松软地面;解析分析中图分类号TU4l6文献标识码AMechanicsAnalyticCalculationofFRPPavementDeckCHENZhou,WANGBing-gang(SchoolofHighway,Chang'anUniversity,ShanxiXi'an710064,China)AbstractUsingFRPisanewdevelopmentdirectionintrafficengineerfie
3、ld,andFRPpavementdeckisoneofitsprac-ticalapplications.Basingonelasticmechanicstheory,thispapersimplifiestheFRPpavementdecktoorthotropicsheet.Andusingrigidpavementdesigntheory,thisarticlecalculatestheFRPpavementdeck'Smechanicspropertiesonsoftground.Thenthisarticles
4、ervesakindoftyrevehicleasmodel,calculatesthedeflectionandstressofthreetypesituations,andvalidatestheanalyticmethod.KeywordsFRP;pavementdeck;softground;analyticcalculation复合材料铺面板主要作为轮式装备克服松软地面的交通保障器材,为夹芯结构,要求能够重复拆卸使用".与普通路面有所不同的是,除了变形极限是设计的首要标准外,板应力也是一个重要指标.使用时,由于松
5、软地面的不均匀沉降和复合材料的各向异性,铺面板与地面相互间的力学关系复杂,变形和应力计算困难,是课题研究的重点和难点.复合材料铺面板属于弹性力学中的薄板,根据复合材料的结构特征,可以将其等效为正交异性板乜,按照弹性力学中的正交异性薄板小挠度弯曲理论进行分析.对于松软地面,可以简化为温克勒地基.为此,文章以温克勒模型为地基模型,运用弹性力学和刚性路面设计理论,对荷载下复合材料铺面板基于松软地面的力学特性进行计算分析.1弹性力学计算理论b1.1正交异性薄板的定义与假设两个平面和垂直于这两个平面的柱体或棱柱面所围成的物体称为板,
6、如图1所示.如果板的厚度f远小于面内最小尺寸b,它就称为薄板.对于弹性薄板而言,如果具有相互正交的3个弹性对称面,也就是具有相互正交的3个弹性主向,则该薄板称正交异性薄板.薄板的小挠度弯曲理论以下列3个基本假设为依据:1)应力分量,远小于其他应力分量,它们对形变的影响可以不计,即=0,=0;2)形变分量&,极其微小,可以记作&=0,即&==0;收稿日期:2006—09—27基金项目:国家交通战备办公室科技项目(JTZB200504)作者简介:陈洲(1972一),男(汉族),博士生.6河北工业大学第3
7、6卷3)薄板受有垂直于板面的荷载时,中间平面内各点都没有平行于板面的位移,即(U)0=0,(v)硎=0.1.2正交异性薄板小挠度弯曲计算'薄板的小挠度弯曲问题是按位移求解的,基本未知函数是薄板的挠度W.因此,要把所有的其他物理量都用W来表示,并建立W的微分方程,即弹性曲面微分方程.根据1.1中的假设1),=0,=0,而=,=专,从而得,■'∥]侍aaWavaW,1,一百'一L将形变分量&,,用W来表示,将式(1)对z进行积分,并根据1.1中的假设3),(￡)硎=0,()0=0即得———图1薄板示意图Fig.1Thi
8、nsheet&=一z,一z,一2zey(2)&一z,一z,一L该式称为弹性薄板的几何方程.对于正交异性薄板,轴,轴和z轴与弹性主向重合,按照1.1中的薄板小挠度弯曲假设2),可得,,三告=——,￡y=——,三=;=亨-l_2v其中/E=:/G.求解应力分量,得=墨,=墨,=G—————一
