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1、静载作用下板底脱空模拟计算【摘要】利用通用大型有限元软件ANSYS,建立三维水泥混凝凝土路面结构，在基层处设置0.8mX0.8mX0.016m的脱空立方体，然后在脱空区上方施加大小为标准荷载的静荷载，分析不同脱空位置处的力学响应以及脱空力学响应的影响因素。【关键字】水泥混凝土路面，脱空，静载，力学响应1.刖S水泥混凝土路面板在车辆荷载作用下会发生向下的弯曲变形，而板下的基层由于受到面板的挤压作用，也会产牛微小的塑性变形。相同荷载作用下板角和板边的弯沉是最大的，因此其板底的基层塑性变形也最大。在荷载的频繁作用
2、下，微小的塑性变形累积后导致板角和板边的基层容易与面板发生脱离，产生脱空区。当板底存在积水吋，会使基层的材料强度降低，并且在受到动水压力作用时会发生材料的流失，从而形成泥浆。当面板下沉对板底产牛挤压作用，泥浆就会被喷溅岀，形成唧泥现象。唧泥现象产生也会使脱空区范围变大。从这里可以看出，脱空区就是面板和基层发生脱离的区域，在这个区域，基层不能对血板提供支撑作用，因此面板需要承担所有的荷载，因此受力变大且变形也变大，容易产生破坏。2•不同脱空位置有限元分析2.1脱空位于板角由计算结果数据可以明显看出当不发生脱空
3、时，荷载作用于板处，产牛的最大弯沉值是0.448mm,在面板上产牛最大应力为0.472MPao当在板角处发生脱空时，脱空区的面板由最初的受压作用变为受弯拉作用，最大应力出现在脱空区面板的底部。最大应力值为0.516MPa,比不发生脱空时的应力增长了9.32%,产生的最大弯沉值为0.506mm,比不发生脱空时的竖向位移增长了12.9%o由此可见，脱空的发生会导致水泥混凝土板在荷载作用时，产牛更大的挠度与应力，加速了板面裂缝的牛成与板底脱空面积的增大。2.2脱空位于纵缝中部当板底未发生脱空时，荷载作用于纵缝中部
4、时，产生的弯沉值是0.333mm,面板最大应力为0.673MPa；当在纵缝中部板底存在脱空区时,荷载作用于脱空区上部产牛的竖向位移值为0.336mm，较没有脱空时的弯沉增长了0.9%,在面板处产生最大应力为1.02MPa,较没有脱空时的最大应力值增大了51.6%。由数据的分析可以知道，当纵缝屮部发生脱空时，对竖向位移值的增长影响不是很大，但是使得面板上的最大应力值冇着较大幅度的提高。3.脱空力学响应的影响因素3.1轴载变化建立水泥混凝土路面结构的有限元计算模型，设置脱空区为0.8mX0.8mX0.016m,
5、面层弹性模量取E=30000MPa,面层厚度为h二0.22m,在模型上分别施加超载率为0%、40%、80%、100%的荷载，即轴重分别为100kN、140k乂180kN、200kN的车辆荷载。随着荷载的增加，面板的竖向位移值和最大应力值在不断增加。当轴载为标准轴载时，面板竖向位移为0.506mm,最大应力为0.516MPa；当轴载为200kN即超载率为100%时,竖向位移值为0.775mm，增加了53.2%,最大应力值为0.791MPa,增加了53.3%。因此，轴载的增加会使得血板的变形变大，受力也会增大。
6、随着现代社会经济的发展，人们对汽车运输能力的要求也逐渐变高，这就使得更多的超载车辆在道路上运行。数据分析可以看岀超载对路面的破坏是很大很迅速的。水泥混凝土路面板受到重型荷载的反复作用，面板的板边及板角受到的应力最大，变形也是最大，导致相应板底的基层处出现不可恢复的塑性变形，从而导致脱空区的岀现。脱空区一旦出现，荷载对面板的破坏就越大，这是个恶性循环，直至路面板发生破坏。3.2脱空深度建立水泥混凝土路面模型，设置脱空区尺寸为长0・8m,宽0・8m,面板厚度为h二0.22m,面层弹性模量为E二30000MPa。
7、在模型上施加超载率分别为0%、40%、80%、100%的荷载,脱空区深度取lcm、1.6cm、2cm、3cm、4cm^5cmo当脱空深度从lcm变化到5cm时，面板的弯沉值与最大应力值的影响。由曲线可以看出，脱空达到一定程度时，脱空深度的增加对面板的变形与受力影响不大。这很好理解，当混凝土板悬臂下方的脱空深度大于面板的挠度能达到的位置时，脱空的深度就对面板没有影响。从这个角度来看，对水泥混凝土路面的板底脱空处理，应该着重在于尽量减少板下悬臂深度，如注浆时要保证注浆的饱和度等，否则，投入再多的人力物力财力，对
8、水泥混凝土路面板的改善也不明显。3.3面板弹性模量取路面板尺寸为5mX4m,面板厚度为h二0.22m,设置模型的脱空区尺寸为0.8mX0.8mXO.016m,通过有限元分析软件计算在超载率分别为0%,40%,80%,100%的荷载作用，面层的弹性模量分别取E=28000MPa.30000MPa.32000MPa>34000MPa.36000MPa>38000MPa的情况下[1],面板受到的应力值以及面板竖向变形值
