水泥混凝土路面板底脱空对路面荷载应力的影响.pdf

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1、中外公路第33卷第l期682ol3年2月文章编号：167l一2579(2013)O1一OO68一O4水泥混凝土路面板底脱空对路面荷载应力的影响曾胜，张国雄，唐彩云(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410004)摘要：中国水泥混凝土路面早期破坏比较严重，而脱空是造成这一现象的主要原因。当出现脱空后水泥板体产生的荷载应力会迅速变大．为了研究脱空对路面荷载应力的影响，利用光纤光栅技术在(湘)潭一邵(阳)高速公路水泥路面上进行试验，并使用有限元进行模拟分析。通过试验及分析得出：荷载与脱空尺寸对水泥混凝土路面脱空区内的动水压力影响很大。水泥混凝土路面板体产生的荷

2、载应力与施加的荷载和脱空尺寸成线性关系，随着车辆荷载和脱空尺寸的增加，水泥板内的荷载应力线性增大。同时根据有限元模拟得到了考虑荷载和脱空尺寸条件下的潭邵高速公路水泥混凝土路面的荷载应力计算公式。关键词：水泥混凝土路面；板底脱空；动水压力有限元；荷载应力近年来，随着中国经济的快速发展，对道路的要求产生的动水压力，笔者利用潭邵高速公路水泥混凝土越来越高，水泥混凝土路面作为一种高等级路面被广路面换板时机预设脱空区，并利用光纤光栅技术进行泛使用。但是超载超限现象的频繁出现加速了水泥路测试。面的破坏，使路面使用寿命降低。当车辆荷载作用在1．1试验准备水泥板上时，水泥t

3、昆凝土板发生向下的挠曲变形，产生(1)在基层分别挖70cm×70cm宽、2cm高以及荷载应力，同时水泥板的挠曲变形会对脱空区内的滞50cm×50cm宽、2cm高的三角形的预设脱空区，抹留水产生作用，产生动水压力。因此板底脱空区处的层水泥浆(为了试验注水时不向基层渗水)。动水压力与板体的荷载应力之间存在着十分密切的关(2)使用铝塑板，在其上面挖一圆形安置动水压系。由于在路面使用过程中，板体内产生的荷载应力力计；并在脱空区边界和纵缝板中用4．0mm圆钢很难测试，因此选择使用动水压力对荷载应力进行表固定光纤光栅应变传感器。用钢管将导线引出。征。水泥混凝土路面板底脱

4、空区内的滞留水在高速行(3)按照一般施工工艺正常摊铺面层，并确保脱车荷载的作用下，能够产生很大的动水压力，冲刷基层空区存在。及水泥板板底，造成水泥板的损伤，从而缩短水泥混凝(4)养护28d后，正常通车。土路面的使用寿命。板底脱空属于板底破坏，隐蔽性1．2荷载对动水压力的影响强，当车辆经过时，用一般的测试方法很难准确地测得根据文献[3]可知，当脱空区内浸水程度为满水时板下产生的动水压力值。光纤光栅技术作为一种新兴产生的动水压力接近于最大动水压力，因此在试验中，的测试技术，能够适应各种不良环境下的测试。为了设置脱空区始终处于满水状态。研究水泥混凝土路面板底动水压

5、力在荷载作用下的状为了得到荷载对动水压力的影响，使用不同载重况，利用潭邵高速水泥路面换板时机预先设置脱空区(6、8、10、12t)的货车通过70cm×70cm的脱空区，并进行测试，同时利用有限元对其进行模拟分析。并利用光纤光栅解调仪进行测试并进行计算，结果如表l所示。1现场试验试验结果表明：当荷载作用到水泥板后，脱空区内的最大正负动水压力值、压力差随着施加荷载的增加为了能够测得车辆荷载作用下，脱空区内滞留水而增大。当车辆的载重达到12tm]-产生的最大正动收稿日期：2012-04一l1基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：50978037)作者简介：曾胜

6、，男，博士，教授．E—mail：zszs35@sohu．corn2013年第l期曾胜，等：水泥混凝土路面板底脱空对路面荷载应力的影响69表l不同载重情况下动水压力计算结果注：光纤光栅动水压力计初始波长为1562．091Am。水压力是6t时的1．95倍，说明荷载对动水压力的影i0t载重的货车以相同的速度驶过两个预设的脱空响是非常大的。并且从表中数值列图可以看出，脱空区。测得的数据如表2所示。区内的动水压力与荷载呈类似线性关系，随着荷载的试验结果表明：动水压力随着脱空面积的增大，其增大，动水压力线性增加。最大正负压力及压力差都大幅度增大。当脱空面积由1．3脱空面

7、积对动水压力的影响50cm×50cm的面积增加到7Ocm×70cm时，动水为了研究脱空面积对动水压力的影响，试验利用压力急剧增大。表2动水压力与脱空面积的关系注：光纤光栅动水压力计初始波长为1562．091nm。小及脱空面积之间的关系十分密切。为了得到脱空状2有限元分析态下水泥板荷载应力与荷载及脱空面积之间的准确关系，利用有限元分析软件进行模拟分析。从前面的试验结果可以得出，水泥板脱空区内的以潭邵高速公路水泥混凝土路面为基础，建立板动水压力受荷载及脱空面积的影响，由此可以推导出底脱空状况下的路面有限元分析模型。查阅资料，得在荷载的作用下水泥板体产生的荷载应力

8、与荷载的大出潭邵高速公路水泥混凝土路面面板的长×宽为