嵌挤式道路砌块结构受力分析.pdf

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1、道路与交通工程器Road&TrafficEngineering嵌挤式道路砌块结构受力分析王景鹏1，王源琳1，黄百花2，郭高1(1．长春市市政工程设计研究院，吉林长春130033；2．长春市意林山水景观设计咨询有限公司，吉林长春130000)摘要：鉴于传统道路基层结构所存在的缺陷，长春市市政工程设计研究院提出了新型组合式道路砌块结构并利用有限元软件midasFEA对其进行受力分析研究。按照不同荷载作用位置、不同嵌挤度组合形成多种工况来分析混凝土砌块和砂浆的受力特点，从而为实际工程应用提供依据。关键词：道路；基层；混凝土砌块；砂浆；嵌挤度中图分类号：U416．

2、02文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)06—0021—03StressAnalysisofRoadWedgedBlockStructureWangJingpeng，WangYuanlin，HuangBaihua，GuoGao目前，城市道路多数仍采用半刚性道路基层结构，这类基层主要利用石灰、粉煤灰或水泥作为胶结材料，以碎石作为结构骨架，按一定配合比形成混合料，通过碾压、养生成型。半刚性道路基层结构具有强度高、承载能力大、变形小、分散荷载能力较强等优点。由于石灰、粉煤灰类材料需要较长的养生期，工期与质量控制之间存在矛盾．因此如何尽量缩短建设

3、工期、保证工程质量是市政建设者不断追求的目标之一。长春市市政工程设计研究院针对此问题展开了研究，采用混凝土预制块结构代替传统的道路基层结构．通过长期的实验摸索．于2014年研究出一种特殊外形的砌块，组装后在缝隙内灌注砂浆保证砌块整体稳定性的新结构。笔者针对此种砌块组合结构进行受力分析，目标是在实际车辆荷载作用下获取砌块组装式道路结构的力学数据．进而分析该结构在规范车辆荷载作用下的强度、刚度、稳定性，并确定合理的材料及结构尺寸，为工程项目提供可靠的参考依据。1项目概况“嵌挤混凝土砌块组装式道路基层结构”的科研项目．是针对传统二灰碎石基层结构工期长的弊端，在总

4、结长春市以往采用的“混合石结构”及水泥混凝土路面白改黑设计经验的基础上开展的一项研究工作。首先在理论上开展了结构特性研究。借鉴北京卢沟桥使用的“银锭扣”【l】结构特点，经过从“混凝土砌块组装式道路结构”的概念设想。到关键技术“嵌挤混凝土砌块组装式道路基础结构”的突破，进而进行“阻隔混凝土加铺层反射裂缝结构”相关技术的研究．逐渐完善并凝练成全新的道路基层结构——嵌挤式混凝土砌块道路基层结构。目前，该项研究已具有3项实用新型专利，另有1项发明专利及多项其他专利正在申报过程中。1．1砌块结构笔者主要介绍砌块组合结构的结构受力分析等相关内容。为了保证砌块组合体的整

5、体性。砌块采用独特的具有嵌挤功能的结构。嵌挤能力通过嵌挤度来实现，嵌挤度即为砌块立面长边与短边长度之差与砌块厚度的比值。从嵌挤原理角度出发，结合模具制造、组装、吊运及道路线形等因素，砌块结构外形最终选为矩形，并对砌块及砂浆的材料提出特殊要求。嵌挤度不同决定了砌块组合结构的整体受力的差异，因此，材料的选择和嵌挤度的确定需要进行系统的结构受力分析。1．2砌块工艺砌块下铺设双向凸点钢塑土工格栅、碎石垫层、土基，在边缘处设置三角稳定构架，即格栅与土基及砌块之间填满的碎石形成两个三角形断面以保证结构组合体的稳定性。道路砌块由预制厂预制，运至现场拼装，缝隙内灌注砂浆形

6、成道路基层结构。道路基层上面再铺沥青混凝土面层。2砌块结构分析计算通常道路结构可视为半无限弹性多层体系，但是在有限元模拟计算中，模型只能取有限的尺寸。对较大2015月t6搠(11一)第33拳啼荭数木21器道路与交通工程Road&TrafficEngineering的模型计算要耗费大量时间和内存，笔者考虑在不影响计算精度的前提下，采用midasFEA建立5mx5m的实体模型进行仿真分析，主要对结构块相对于土基结构的滑移进行验算以及对水泥砂浆砌缝和混凝土块的应力进行验算。验算荷载考虑自重和现行设计规范【2_3】中100kN的双轮轴载。为方便有限元建模．按面积等

7、效原则将双轮轴载作用面转换为矩形作用面，荷载作用位置取两种：一种在砌块结构中心处；一种在砂浆砌缝处。轮问距为1．8m，作用面为60cmx20CITI。边界条件为约束土基底层固结，土基采用midasFEA中节点单元来模拟刚度，结构切断端做相应方向的约束。混凝土块和砂浆之间加入界面单元，采用黏结滑动模型进行非线性计算，采用位移标准作为收敛准则。全模型采用映射网格划分．以六面体单元为主，计算精度高、速度快。2．1主要材料1)混凝土道路砌块采用C20混凝土．采用midasFEA总应变裂缝本构模型模拟。混凝土指标见表1。表1混凝土指标2)水泥砂浆水泥砂浆砌缝，使用具

8、有较高强度的MlO砂浆，采用midasFEA总应变裂缝本构模型模拟