基于有限元的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层荷载应力分析.pdf

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1、公路2013年4月第4期HIGHWAYApr．2013No．4文章编号：0451-0712(2013)04-0085—05中图分类号：U418．6文献标识码：A基于有限元的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层荷载应力分析原宝盛，彭余华，高明明。(1．广西交通科学研究院南宁市530007；2．长安大学公路学院西安市710064；3．江苏省交通科学研究院股份有限公司南京市210017)摘要：以弹性层状体系理论为基础，采用ANSYS程序建立了经过可靠性验证的旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层结构三维有限元模型，分析

2、了车辆荷载、加铺层厚度、材料参数变化及各种典型防止反射裂缝措施对沥青混凝土加铺层底最不利处荷载应力的影响。分析结果表明：增加沥青混凝土加铺层厚度能有效降低加铺层结构层底最大主应力、最大剪应力和等效应力；对分析的实例加铺层结构，在铺筑级配沥青碎石过渡层的情况下，土工布夹层模量变化对缓解荷载应力的作用并不明显；在加铺层结构拟采用的各种典型防止反射裂缝措施中，以7cm厚AM一2O沥青碎石过渡层+2．5cm厚应力吸收层组合措施效果最佳，其加铺层底的最大主应力。、最大剪应力r⋯和等效应力下降幅度分别达78．6、8

3、2．9和84．4。关键词：道路工程；有限元分析；沥青混凝土加铺层；荷载应力在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层是一应变关系通常呈非线性特征，其形变随应力作用旧路改造的主要形式之一，然而此种路面结构极易时间而变化，且部分形变即使在应力卸载后也无法因旧路裂缝或接缝处上方的沥青混凝土加铺层内形恢复。因此，沥青混凝土路面在严格意义上属于非成应力集中而产生反射裂缝。相关研究表明口]，线性的弹一黏一塑性体。但由于轮胎作用于路面的反射裂缝的产生是必然的而且不可能完全消除，只时间非常之短(约百分之几秒)，以至于路面结

4、构产能采取措施延缓或抑制其发展。温度应力是导致沥生的黏一塑性变形基本上可以忽略，故将强度较高、青混凝土加铺层早期开裂的重要诱因，但当路面开厚度较大的高等级路面视为线弹性体，并采用弹性裂后，车辆荷载尤其是重车荷载将对裂缝发展起决层状体系理论进行分析是合适的口]。本文在路面荷定性作用。本文依托佛山市s112省道广杏线旧水载应力状态分析时，视路面结构为弹性层状体，研究泥混凝土路面加铺改造工程，以车辆荷载作用下的对象为根据旧路状况拟定的加铺层路面结构：由沥旧路结构及其上所设级配沥青碎石过渡层、土工布青混凝土加铺

5、层、级配沥青碎石应力过渡层、土工布夹层、应力吸收层等典型防止反射裂缝结构层与沥夹层、带接缝的旧水泥混凝土路面和基础层组成。青混凝土面层的组合结构为研究对象，通过ANSYS分析时，地基采用扩大尺寸来模拟以体现其弹性半有限元法对其进行数值模拟，分析各结构层厚度和空间体特性。土工布夹层采用薄膜单元shell63模材料参数变化对沥青混凝土加铺层底荷载应力状态拟(此单元仅能承受拉力而不能传递弯矩)，其余各的影Ⅱ向，为选择合理材料和设计参数进行沥青混凝结构层则均采用八节点六面体单元solid45进行模土加铺层设计提

6、供参考。拟，并对各结构层采用如下假设[4]：(1)各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体；I有限元分析模型与参数(2)各结构层层间水平、竖向位移均连续；1．1分析模型(3)基础层底面各向位移为零，基础侧面水平方沥青混凝土路面结构在行车荷载作用下的应力向位移为零；基金项目：广东省公路管理局科技项目，项目编号粤公研2007—11收稿日期：2012—07—10公路2013年第4期(4)不考虑路面结构自重影响；表1路面结构层计算参数(5)接缝无传荷能力，其宽度设为1cm。路面结构层结构层厚度弹性模量泊松比1．2

7、模型参数H／cmE／MPa模型尺寸根据旧路及拟定加铺层结构型式确沥青混凝AC一13C413000．25土加铺层AC一2OC51200O．25定。其中旧水泥混凝土面板长度为5In，宽为3．75ITI，厚度为25crn；基础扩大尺寸为12．01ITI×沥青碎石过渡层AM一2O76OO0．255．751TI×9123．，如图1所示。土工布夹层0．31000O．45应力吸收层(可选)2．540OO．25旧水泥混凝土路面25300000．i5破碎后旧水泥混凝土路面(可选)251000O．15基础9O01OO0．3

8、5根据沥青混凝土加铺层路面结构型式和计算参数生成有限元模型并进行网格划分，其中接缝处网格划分采取加密处理以确保其计算精度。路面结构有限元分析模型如图3所示。单位：1TI图1沥青混凝土加铺层结构分析模型采用单轴双轮组标准轴载BZZ—100进行加载。双轮组轮载为50kN，轮胎接触压应力为0．7MPa，单轮接触面积当量圆直径为21．3cm。分析时将单轮当量圆接触面积按作用面积相等原理折算为22．8cm×15．7cm的矩形[6]，双轮中心距为32c