路面结构力学的分析

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1、第十章路面结构力学分析第十章路面结构力学分析第一节弹性层状体系理论第二节弹性层状体系应力和位移状况分析第三节弹性地基板的荷载应力分析第四节弹性地基板的温度应力分析第一节弹性层状体系理论在研究沥青路面设计方法和进行路面结构的力学分析时，较为理想且更能反映沥青路面的实际工作状况的力学模型是层状体系理论。并且在层次结构方面，由双层体系、三层体系发展到多层体系.多层体系在圆形均布垂直荷载作用下的计算图式如下图10-1所示。10-1：图中荷载P表示单位面积上的垂直荷载，δ为荷载圆面积的半径，h1、h2、…、hn－1为各层厚度，E1、E2、…、En－1，及μ1、μ2、…、μn－1为各层弹性模量及泊松比。

2、层状体系基本假定（1）各层都是由均质、各向同性的弹性材料组成，这种材料的力学性能服从虎克定律；（2）假定土基在水平方向和向下的深度方向均为无限，其上的各层厚度均为有限，但水平方向仍为无限；（3）上层表面作用有轴对称圆形均布荷载（可以是垂直均布荷载，也可以是一般圆形荷载），同时在下层无限深度处及水平无限远处应力和应变都是零；（4）层间接触面满足一定的条件，可以是假定完全连续、完全光滑，也可介于两者之间。（5）不计自重。（10—1）（10—2）（10—4）（10—3）第二节弹性层状体系应力和位移状况分析一、路基应力过大的应力值使路基出现剪切破坏或出现塑性变形，从而使路面结构破坏。如图10-5是相

3、对刚度不同的双层体系，沿荷载截面轴上路基竖向应力系数三随深度而变化的情况。四、面层的径向应力垂直荷载作用下，面层底面的径向应力并非都是拉应力（图10—9）如图10-9（右）：由此我们可以得出：图10-10图10-11图10—12水平荷载作用下径向剪应力系数图10—11剪应力随深度、厚度变化a)随深度的变化;b)面层厚度的影响第三节弹性地基板的荷载应力分析水泥混凝土面层在轮载作用下，它具有良好的板体性和扩散荷载的能力，所产生的弯曲变形（称作挠度）很小，所以一般采用弹性地基板理论分析其应力状况。一、小挠度弹性薄板的基本假设研究竖向荷载（板顶为局部范围内的轮载，板底为地基反力）作用下的薄板弯曲通常

4、采用下述三项基本假设：（1）竖向应变同其他应变分量相比很小，可以忽略不计。（2）垂直板中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直中面，因而无横向剪应变。（3）中面上各点无平行于中面（x和y方向）的位移。板内的应力状态原是三维的。由于作了上述三项假设，可简化成为平面问题。通过应力几何方程和物理方程得出应力和应变的关系,我们可发现无论是应变还是应力或内力，均可表示为挠度W的函数。a)文克勒(Winkler)地基;b)弹性半无限体地基三、Winkler地基上板的荷载应力分析H.M.Westergard采用Winkler地基假设，分析了三种轮载位置下，如下图10-15所示：——为板中挠度和弯矩系数

5、，随δ/l0而变,见表10-1δ/l0系数0.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.300.3830.3830.3820.3820.3810.3800.3790.3790.3780.3770.3760.2670.2510.2370.2240.2140.2050.1960.1870.1810.1740.168半空间地基上无限大板的板中挠度系数和弯矩系数（μ=0.15）表10—1五、有限尺寸板的有限元解五、有限尺寸板的有限元解对半无限地基上的有限尺寸矩形板（四边自由），将车轴一侧双轮组轮载简化成双方形荷载图式。借助于有限元法计算分析轴载在板上不同位置时板

6、内的应力状况。在单轴荷载情况下，轴载作用于纵向边缘（即两侧双轮中有一侧靠贴纵边，另一侧在板内）中部时应力最大；仅双轮组轮载作用于横向边缘中部时的应力，大于轴载作用于横边时；双轮组轮载作用于板中时应力最小，也小于轴载作用于板中部时有限元法在应用上的一个主要缺陷是它没有解析式，只能针对具体的情况采用计算机程序解出具体的结果来。根据板厚h、板与地基的模量比Ec/Et以及轴载P，确定不同单轴荷载位置时板内的最大应力。第四节弹性地基板的温度应力分析水泥混凝土面层内不同深度处的温度，随气温而发生周期性变化，面层内便会产生胀缩应力和翘曲应力。一、胀缩应力板中部，如果受到板和基层之间的摩阻力的完全约束，则温

7、度变化时板不能移动，伸缩完全受阻时所产生的应力为对于板边缘中部或窄长板（长边平行x轴），则胀缩应力为：二、翘曲应力板的翘曲变形受到两方面的约束，一方面是板的横截面在翘曲变形后仍保持为平面的倾向产生的应力称作内应力；另一方面是板的自重、地基的反力和相邻板的约束作用产生翘曲应力。板内不同温度分布时产生的应力分布如图：p-板自重;q-地基反力;﹢-拉应力;﹣-压应力学习动物精神11、机智应变的猴子：工作的流程有时往