水泥路面结构应力及可靠度有限元分析.pdf

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1、设计施工水利规划与设计2015年第3期DOl：10．3969／j．issn．1672—2469．2015．03．032水泥路面结构应力及可靠度有限元分析张通(辽宁省农村水利建设管理局，辽宁沈阳110003)摘要：针对农村水泥路面由于结构参数、外部环境和承受交通荷载作用等因素的不确定性，引起道路使用寿命达不到设计要求，易发生开裂、断板等病害问题，采用ANSYS分析软件通过建立三维有限元模型，对造成路面破坏的行车荷载、路面结构、厚度设计等指标进行了分析和数值模拟。结果表明：面板厚度是影响面板板底拉应力的主要因素，从18cm

2、提高到30cm，其受力从0．65MPa下降到0．28MPa，下降率57％，改善效果十分明显。垫层厚度推荐设计取值为15～25cm，工程技术、经济性较优越。关键词：水泥路面；结构可靠度；有限元中图分类号：TU435文献标识码：A文章编号：1672—2469(2015)03—0093—031引言2水泥路面结构有限元模型的建立水泥路面结构在优化设计和运养维管过程中，公路工程在农村社会经济可持续稳定发展中扮结构设计参数、外部环境、荷载等因素的不确定演非常重要的角色，尤其是“村村通”水泥路面公性，均会影响水泥路面结构的可靠度和寿

3、命成本。路工程的建设，带动了农村经济的快速发展。据统在ANSYS有限元软件中实现蒙特．卡罗统计模拟计，全国农村公路里程已达到367．84万km，全国方法计算水泥路面的结构可靠度，并分析在车载作通硬化公路的乡镇达到97．43％水泥路面具有设计用下，面板弹性模量、面层板厚、面层板长、面层寿命长达3O年，寿命成本较高等优点，是我国县、板宽、垫层弹性模量和垫层厚度等特性因素，对路乡公路中最主要的路面结构形式之一。在路面结构面结构受力和可靠度的影响，实现水泥路面结构和设计、施工建设、运行养护等环节中，由于存在结面板尺寸的优化研究

4、。构不确定性、外部条件不明确性、设计与实际不匹2．1基本假设配、重载碾压、养护不到位、失养等自然因素和人由于受地质条件的影响，水泥路面通常设计为为因素的共同作用，导致水泥路面往往投入10余多层结构，且按《公路水泥混凝土路面设计规范》年甚至几年就发生开裂、断板等病害，工程质量和(JTGD40．2011)要求，平面尺寸要远远大于厚度尺使用寿命远达不到规划设计要求，对农村社会经济寸。为了简化水泥路面的结构分析，便于ANSYS分析模型的建立，此处作几条假定：(1)各结构层发展造成严重影响。水泥路面结构设计过程中涉及施工材料均为

5、同性连续弹性材料，其参数为常数；到许多特性的合理取值和力学模型的优化，采用(2)结构层垂直和水平方向分别呈有限和无限特ANSYS有限元软件对水泥路面结构可靠度进行详性；(3)路面接触面和各方向位移是完全连续，且细分析计算，经敏感性分析确定水泥路面结构的显不计水泥路面结构的自重影响。著因素和不显著因素，从而为设计方案的优化和施2．2计算模型及荷载工管理控制提供准确指导，并确定合理的运养维管水泥路面结构计算有限元三维模型为矩形体，体系，避免路面可靠性不合理引起路面过厚造成浪如图1所示。路面平面尺寸为2×2m的水泥板，从费或

6、过薄缩短使用寿命，对提高水泥路面工程的寿上到下共设置水泥面层、石灰土和土基三层，其命成本和确保路面具备预定功能，有非常重要的实践应用研究意义。催者简介：张通(1989年一)，男，助理工程师。·93·设计施工水利规划与设计2015年第3期呈增长趋势，增长率不断变缓。当弹性模量较小到一定值时，水泥路面面板底拉应力降低幅度变时，每增大1O0MPa板底拉应力增长约12％；而当小，改善效果不明显。水泥路面公路垫层厚度推荐弹性模量较大时，每增大200MPa板底拉应力增长设计值为15～25cm时，工程的技术、经济性较约10％。变化趋

7、势如图5所示。优越。4结论针对农村水泥路面由于结构参数、外部环境和承受交通荷载作用等因素的不确定性，引起道路使_R用寿命达不到设计要求，易发生开裂、断板等病害问题，采用ANSYS分析软件通过建立三维有限元世模型，对造成路面破坏的行车荷载、路面结构、厚毯度设计等指标进行了分析和数值模拟。结果表明：O0面板厚度是影响面板板底拉应力的主要因素，从18cm提高到30em，其受力从0．65MPa下降到图5面板底最大拉应力随弹性模量的变化0．28MPa，下降率57％，改善效果十分明显。垫层3．2面板厚、长、宽对面板底拉应力的影响厚

8、度推荐设计取值为15～25cm，工程技术、经济其余特性参数保持不变的条件下，按照公差为性较优越。2era的等差数列对18～30cm厚的水泥面板进行模采用ANSYS有限元软件构建了接地压力与荷拟，其结果表明：随着水泥路面面板板厚的增加，载作用范围统一变化的矩形水泥路面结构的三维有板底的最大拉应力呈下降趋势。水泥路面板厚从限元模型，经