超载作用下路面的受力特性分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2006年第3期广东公路勘察设计总第123期超载作用下路面的受力特性分析陈德华(广东省公路勘察规划设计院，广州510507)摘要：本文根据佛开高速公路水泥混凝土路面破损情况，应用三维有限元方法对超载作用下水泥混凝土面层板的应力分布、纵向边缘最大应力等进行计算分析，从理论上探讨超载车辆对路面的受力特征和疲劳寿命产生的影响。关键词：超载；水泥路面；三维有限元；受力特性1概述分析标准轴载对路面结构的损耗，以佛(山)开(平)高速公路，此来计算各种车辆轴载对水泥混凝土1996年建成通车，经过9年多时间的路面结构总

2、的损耗。设计中，采用下运营，原水泥砼路面的断板、错台、式进行标准轴载换算：16裂缝、卿泥等破损现象严重，路面已．=∑()(1)经进入大修期。通过对交通量的统计但规范中给出的应力计算图或公和车辆轴载调查分析，交通量大特别式，仅适用于单轴不超过130kN和双是超载严重是路面破损的主要原因。轴不超过260kN的轴载，从佛开高速根据交通量组成及其特点，本文的轴载调查得知，实际的轴载要远远对水泥混凝土路面在超重车辆作用下，大于以上轴重，所以，有必要对重载作应用三维有限元方法对超载作用下水用下混凝土路面受力作进一步的分析。泥混凝土面层板的应力分布、纵向边为分析?

3、昆凝土面板在重轴载作用缘最大应力等进行计算分析，从理论下的应力状况，本文采用三维有限单上探讨超载车辆对路面的受力特征和元法，对佛开高速的典型水泥混凝土疲劳寿命产生的影响。路面结构进行计算。2超载作用下水泥混凝土路面2．1路面结构参数板应力特征佛开高速公路典型的水泥混凝在我国现行水泥混凝土路面设计土路面结构组成和结构参数见表1，规范中，是将各种车辆轴载作用次数水泥?昆凝土面板的平面尺寸为5m换算为100kN的标准轴载作用次数，长、4．25m宽。·14-维普资讯http://www.cqvip.com2006年第3期广东公路勘察设计总第123期表1水泥混

4、凝土路面结构组成和结构参数结构层厚度(em)回弹模量(MPa)泊松比水泥混凝土路面2629ooO0．17水泥稳定石屑基层2017000．25水泥稳定粒料底基层251oo00．3土基400．352．2荷载图式结构不利)原则，3种基本类型的荷载车辆荷载有3种基本类型：单轴双图式选择如图1。考虑到佛开高速公路轮、双轴双轮和三轴双轮。载重卡车的超载和超限车辆的组成，单轴一双轮组双轮中心轮距变化在25—34em，轮距为的轴重范围为100～360kN，双轴一双轮165～186em，轴距为112—140em。根据组的轴重范围为200～480kN，三轴双轮我国主要载

5、重卡车的情况和保守(路面组的轴重范围为300~600kN。BB—————日_E]r卜——_舳———呈lB—————册L—』L——单轴一双轮!鲤BB—————曰口双轴一双轮^!墨垒J三轴一双轮图1荷载图示轮胎与路面的接触压力不是一个压力的测定试验结果，提出了轮印面定量，它随轮重和充气压力而变。轮积内(包含胎面花纹间沟槽面积)的重越大，所采用的充气压力就越大，平均接触压力与轮重和充气压力间的同时轮胎与路面的接触压力也相应增经验关系式。大。在轮印面积内接触压力呈不均匀P=0．0042P+0．29p+0．1448(2)分布，随着充气压力的提高，轮印中式中：P

6、为轮胎接触压力(MPa)；间部分的接触压力增加，而随着轮重P为双轮轮胎荷重(kN)；P为轮胎的提高，轮印边缘部分的接触压力增充气压力(kN)。大。本文为了简化计算，采用平均的对不同的双轮轮胎荷重，分别选轮胎接触压力。IKEDA依据轮胎接触取不同的充气压力，并按IKEDA的维普资讯http://www.cqvip.com2006年第3期广东公路勘察设计总第123期经验公式(2)计算相应的接触压采用22cm和24cm两种，相应的轮力。各组数值列于表2。轮印采用矩印长度则按轮重和接触压力计算确形，其轮印宽度因轮重的不同而分别定。表2轮胎充气压力、接触压力及

7、轮迹宽度参数值双轮荷重／kN204060801oo120轮胎充气压力／NP0．60．70．80．91．01．05接触压力／hiP0．40．520．630．740．850．95单轮轮印宽度／em2222222424242．3有限元模型结果。因而，在相同的轴载下，不同水泥混凝土板的平面尺寸取为5m轮胎型号和轮胎充气压力变化所产生长、4．25m宽，路基高度取3m，边界的应力变动较小，可以忽略不计。条件为四边自由，路基底面固定；单元选用20结点的长方体等参单元，图2为三轴轴型荷载作用下的有限元网格图。2．4计算结果与分析2．4．1轮胎接触压力的影响各种货车的

8、轮胎实际接触压力和轮印宽度随所选轮胎型号、充气压力及轮重的不同而变化，与表2中所列的计算值有一定程度的偏差。