移动荷载作用下水泥混凝土路面结构响应分析

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1、鹿青等：移动荷载作用下水泥混凝土路面结构响应分析移动荷载作用下水泥混凝土路面结构响应分析鹿青，孙吉书，王艾迪，秦川阳(河北工业大学土木工程学院。天津300401)【摘要】在施加荷载后水泥混凝土路面板板底将承受较大的弯拉应力，导致路面表层出现过大变形。本文根据有限元理论，通过ANSYS软件建立水泥混凝土路面三维有限元模型，对移动荷载作用下水泥混凝土路面结构响应进行分析，比较不同超载率下水泥混凝土路面各结构层的弯沉和应力状况，以确定超载对路面损伤的影响。【关键词】移动荷载作用；水泥混凝土；响应分析【中图分类号】TU311．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)0

2、8—0085—03当汽车匀速行驶在路面上时，在车轮与路面的接触面进行法向位移约束。将车轮与底面接触的印迹简化为矩形上，车轮受到来自路面的滚动摩阻力，作用力与反作用的原形式，每个车轮与地面的的接触面取为0．2m×0．2m的矩理，路面也会受到车轮施加给它的一个与摩阻力方向相反形，其面积为0．04m。位于同一侧的两轮间距为0．1m，轴的水平力，本文主要研究在忽略路面不平整度影响因素时，长取1．8m。并假设路面各层材料均为均质、连续和各向同对水泥混凝土路面施加移动均布荷载和水平荷载，分析了性的线弹性体，其层间接触也均假设为完全连续，基于此假汽车在匀速状态下，水泥混凝土路面结构的动力响应。

3、设建立水泥混凝土路面结构模型及荷载作用位置如图1所1水泥混凝土有限元模型示。划分网格并加载后的有限元模型如图2所示。与通过试验分析结构相比，利用大型通用分析软件AN—SYS对结构进行仿真模拟是一种更为简便而且经济的方法。普通混凝土板它通过建立结构有限元模型，施加运行荷载及计算分析结}板纵向／果，来研究结构的物理力学响应，如位移、应力、温度分布／等。本文运用ANSYS动力学分析中的瞬态动力分析，来确)一ILo．板中心线定结构在承受随时问变化荷载作用时的响应。采用完全地基法，选用完整的系统矩阵来计算结构的瞬态响应，包括结构／／的各类非线性特性(如大应变、大变形和塑性等)。通过一次性分

4、析就可以计算得到结构的所有应力和位移，而且可以对结构施加所有类型的载荷”J。t(1)路面结构参数。参考相关文献和现行的JT．图1路面结构模型示意图(单位：m)GD40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》J，取一块水(3)模型验证。对路面结构有限元模型加载运算之泥混凝土路面板进行分析，其结构由普通混凝土面层、水泥稳定粒料(其中水泥含量5％)基层、级配碎石和土基四层组后的结果列于表2所示。汽车荷载选用规范规定的单轴双成。其中普通混凝土面板的平面尺寸取为长5m、宽4m，各轮标准轴载100kN，接触压力取为0．7MPa。运用文献中总结的最大应力计算公式得到的板纵向边缘中部的最大应结构

5、层的计算参数见表1所示。力值为1．307MPa。通过对比二者的结果，不难发现利用有表1路面结构与材料参数限元方法求解得到的应力结果与公式计算得到的结果非常接近，计算得到其绝对误差为0．053MPa，相对误差为4．06％。通过以上分析得出结论：利用ANSYS有限元分析软件进行路面结构力学分析是可行的，而且得到的结果也是比较准确的。表2计算结果(2)建立路面结构有限元模型。对于动荷载作用下的水泥混凝土路面，利用有限元方法建立路面结构三维有限元分析模型，假设土基底面为完全约束，即自由度为零，面层的4个侧面不进行约束，使面层自由，其余各层对4周