《探究水泥混凝土路面脱空状况下的弯沉分析[上海公路]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究水泥混凝土路面脱空状况下的弯沉分析[上海公路]（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 水 泥混凝 土路 面脱 空状况 下的弯沉分 析 李继 防 同济大学道路 与交通工程教 育部重点实验室 上海2 0 1 8 0 4 摘 要 采用 Wi n k l e r 地基不等平面尺寸双层双块板模 型 分析 了基层横 向超宽 B a 板角脱空尺寸 L 及不 同结构组合对板 中 板 角弯沉及弯沉传荷效率 w 弯沉指数 DI 的影 响 结果表 明 不 同结构组合 中 板中 板角弯沉不 同 基层超宽 B a 板角脱空尺寸 L 的 变化对板角弯沉影响 比较显著 对板中弯沉影响不大 弯沉传荷效率 w 弯沉 比 DI 随脱空量 变化 曲线 具有 相关性 分析结 果可用于 水泥混凝土路面板底脱空的评价
2、关键词 水泥混凝土路面 基层超宽 板底脱空 弯沉传荷效率 弯沉指数 0 引言 水泥混凝 土路 面在开放交 通后 常出现各 种损坏 如 断裂 沉 陷 错 台 唧泥 破碎 等 严重 影 响了路 面 的使 用 性能和耐久性 调研表明 这些病害类型都与板底脱空 关 系密切 现有 的检测 方法 中 利用 F wD 落锤 式弯 沉 仪 进行 弯沉测试 采 用实 测弯 沉 与理 论 弯沉 比较 来 确 定板 下是否存在脱 空及 其大小取得 了一 定成果 1 水泥混凝土路面结构是多层体系 面层 基层 垫层 等 面层 被接缝分 割成 2 0 2 5 m 的矩形 板块 在一 些 研究 以及我 国规 范 中 将基
3、层 以下 等 效 为半 空 间地 基或 Wi n k e r 地基 采用基 层顶 面 当量模 量 E 或地基 反 应模 量 志表 征 并 据 此计 算 分析 弯沉 实 际上 当基 层 与地基模量 相 比较大时 采用 基层顶 面 当量 模量 的方 法 将 导致结果偏 差 较大 而 随着 刚性 半 刚性 材料 在 水 泥 混凝土路 面建设 中的推广应 用 基层 往往在 平面 尺寸 上 较面层大 即基 层 是超 宽 的 基 层超 宽对 板 角 弯沉 有 一 定影 响 以往研究 中 尤其 是利 用 AN S YS建 立模 型 进 行理论分析 时 将路 面结 构 简 化为 Wi n k e r 地 基上
4、 的 单 层板 利用 c o mb i n e l 4单元 模拟 Wi n k e r 地基 将 不能 考 虑基层超 宽的影响 因此计 算结果误差较 大 因此有必 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 2 7 2 2上 么赡 N o 1 2 0 1 2 a 剖 面图 要建立更符合路 面结构 状况 的双层 板模 型 分析 不 同基 层超宽 脱空尺 寸对弯沉 的影响 1 力学模 型 荷 载图式 结构参 数和计算方 法 1 1 力学模型 的建立 实际测试 的路面结 构 中 水泥 混凝土 路面板并 非单 块板 而在纵 向是连续 的 早期 的水 泥混凝 土板 横 缝 间 不设传力杆 板间传荷作用很弱 新建
5、水泥混凝土板则 通过接缝 集料嵌 锁 作用 或传 力 杆传 荷 当基层 设 置 与 面板接缝 相对应 的接缝 时 纵 向超宽量 为 0 在 不设接缝 时 纵 向超宽量 趋 向无 穷 横 向超 宽量 一 般有 限的 实 际 的水 泥 混 凝 土 路 面 基 层 横 向超 宽 通 常 在 0 1 m 之 问 引 本文考虑横缝不设传力杆 基层不设接缝的情 况 由于脱空位置临近两板接缝 所 以纵 向超宽影 响很弱 只 需考虑横向超宽的影响 最终建立了 Wi n k l e r 不等尺寸双 层 双块板模型 见 图 l a 即在 以前 的力 学模 型 中增 加一 层符合薄板假设 的基 层板 基层 板 和
6、昆 凝 土面 层板 之 间 的接触条件假设为竖 向连续 水平 向光滑无摩 阻 脱空 区 域假定 为在板角处的等腰直 角三角形 见 图 l b 图 1 不等尺寸双层双块板模型 h 平面 图 叶 j 图 1中 混 凝土 面层 的结 构 参 数 有板 厚 h 弹 性 模 量 E 泊 松 比 u 板 长 L和板 宽 B 横缝 宽 g a p 刚 性 或 半刚性基层的结构参数有厚度 h 弹性模量 E 泊松 比 基 层 的横 向超 宽量 用 B a表示 L 为 脱 空 尺寸 本文 讨论 的脱 空 尺 寸 范 围 为 0 1 5 m 地 基 的结 构 参数为地基反应模量 忌 P 为作用在板角的荷载 P 为作
7、 用在 板 中 的荷 载 通过 ANS Ys l 0 0通 用有 限元 软件 建立 模 型 面 层 与 基 层 采 用 s h e l l 6 3单 元 面 层 与 基 层 间通 过 在 对 应 点 之 间 加 载 c o mb i n e 1 4弹 簧 单 元 模 拟 层 间 接 触 本 文 通 过 给 定 竖 向弹 簧 很 大 的 弹 性 系 数 来 模 拟 竖 向 连 续 水 平 向 光 滑 无 摩 阻 的 情 况 板 角 脱 空 通 过将 对应范 围的弹簧 弹性 系数 设置 为 0来 模拟 基 层 通 过 底 面 加 载 均 布 面 载 荷 模 拟 w i n k l e r 地 基
8、对 基 层 的 作 用 1 2 F W D荷载 图示 及测 试点 的布 置 实际 水泥 混凝 土 路 面 中 驶 近 板 的板 角 弯 沉 明显 要大于驶离板的板角弯沉 发生脱空的可能性也较驶 离板角要大 板角弯沉测试 中应以行车道右侧驶近板 板 角 弯 沉 测 试 为 主 加 载 盘 直 径 3 0 0 mm 荷 载 5 0 k N 位移 传感 器 间距 3 0 0 mm 共 7 个 测 点 F WD 板 中弯沉测试时加载盘置于路 面板对角线 中心位置 板角弯 沉测 试 时尽 可 能 使加 载 盘 与路 面 板 两边 相 切 5 F WD测 点 布置 如 图 2所 示 测 点 1为 加 载
9、盘 中 心 点 距 离 板 角两 边 各 1 5 0 1T i m 测 点 2为 与测 点 1对 应 的邻 板 点 距 离 邻 板 板 角 两 边 各 1 5 0 mm 2 7点 相 邻 点 间距 为 3 0 0 r n l T l 测 点 8为板 中测 点 驶 驶 F WD 板角测位 离 磊 一 板 板 弯沉测点 间距3 0 0 m m F wD 板角测位 I 一 2 图 2 F W D测 点 布 置 图 1 3结构 参数 设 置 考虑如下 3组不 同结 构组 合 结构参 数见 表 1 地 基 反 应 模 量 忌一5 0 MP a m 采 用 有 限 元 计 算 软 件 ANS YS 1 0
10、 0 对 三种 结构 组 合分 析 未脱 空 时横 向 超宽 对 板 中 板 角 弯沉 值 的影 响 通 过 收敛 情 况 确 定 横 向 超 宽影 响 范 围 再 分 析 超 宽 量 足 够 大情 况 下 脱 空 量 大 小对板中 板角弯沉 的影响 sHAN GH AI H 一s 表 1 水泥混凝土路面结构组合及 参数 面 层 基 层 结构组 合 h 1 m E l MP a l h 2 m F 2 MP a 2 0 2 2 O 2 3 O O O 0 2 5 0 2 2 3 0 0 0 0 0 1 5 0 2 1 5 O 0 O 0 2 O 2 2 O 2 3 0 0 0 0 0 1 5
11、2板 中 板 角弯 沉值 随基 层超 宽 的变 化 表 2给 出 了基 层 横 向超 宽 由 0 n l 增 加 到 3 m 板 角 板中的计算弯沉值 图 3 4所示为板角 板 中弯沉 值 随横 向超 宽 B a的变 化 曲线 表 2横 向超宽组合及板 中 板角弯沉值 结构 结构 结 构 横向超宽 板角弯沉 板 中弯沉 板角弯沉 板 中弯沉 板角弯沉 板 中弯沉 B a m m m 0 0 56 2 8 2 0 1 7 4 1 5 0 4 5 8 4 9 0 1 5 4 8 8 0 3 9 9 81 O 1 3 9 3 2 0 1 0 5 0 3 3 4 0 1 7 3 69 0 4 0 6
12、3 9 O 1 5 4 3 0 0 3 5 4 1 3 0 1 3 8 5 7 0 2 0 45 2 7 0 O 1 7 3 3 0 O 3 6 2 O 2 0 1 5 3 8 2 0 3 1 5 3 8 0 1 3 7 97 0 3 0 41 0 6 4 0 1 7 2 9 5 0 3 2 4 6 8 0 1 5 3 4 4 0 2 8 2 7 9 0 1 3 7 5 1 O 4 0 3 7 7 3 5 O 1 7 2 6 6 O 2 9 3 7 8 0 1 5 3 1 1 0 2 5 5 64 0 1 3 7 1 3 0 5 0 35 2 7 0 0 1 7 2 3 5 0 2 6 8 7
13、 4 0 1 5 2 7 7 0 2 3 3 3 O 0 1 3 6 8 0 0 6 0 3 3 5 9 0 0 1 7 2 06 0 2 4 8 9 4 O 1 5 2 4 3 0 2 1 5 1 6 0 1 3 6 45 0 7 0 32 5 4 3 0 1 7 1 7 7 0 2 3 3 6 7 0 1 5 2 07 0 2 0 0 6 4 0 1 3 6 1 0 0 8 0 31 9 5 4 0 1 7 1 59 0 2 2 2 2 4 0 1 5 1 7 7 O 1 8 9 2 3 0 1 3 5 8 0 0 9 0 31 6 5 1 0 1 7 1 41 0 2 1 3 91 0
14、1 5 1 4 2 0 1 8 O 3 8 0 1 3 5 46 1 O 31 5 0 1 0 1 7 1 2 6 0 2 0 8 01 0 1 5 1 1 1 0 1 7 3 6 4 0 1 3 5 1 3 1 5 0 31 1 7 2 0 1 7 0 9 9 0 1 9 7 5 7 O 1 4 9 9 5 O 1 5 8 9 O O 1 3 3 7 0 2 0 3 09 0 0 0 1 7 0 97 0 1 9 5 6 7 0 1 4 9 5 2 0 1 5 6 1 0 0 1 3 2 86 2 5 0 3 0 8 2 1 0 1 7 0 9 7 0 1 9 4 2 0 0 1 4 9 4
15、 2 0 1 5 4 9 2 0 1 3 2 53 3 0 3 0 8 1 4 0 1 7 0 97 0 1 9 3 2 6 0 1 4 9 4 1 0 1 5 3 9 7 0 1 3 2 43 O 一0 1 0 2 g 昌 照 一 0 3 静 一O 4 0 5 板角弯沉随横向超宽变化趋势 一 一 f I 一 结 构 组 合 1 I 一 结 构 组 合 2 j 1 一 结构组合3 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 横 向超宽 m 图 3板角弯沉 随横 向超 宽变化趋 势图 1 2 0 1 2上踢 姥 2 3 1 1 s一 垭 一s 吕 昌 静 岳 板角弯沉随横向超宽变化趋势 I I I
16、H H 一 i J L L L 一 r n 一一一 一一一一 V V V T T V Y l 结 构 组 合 1 f之差 鬻 篙 O 0 5 1 l 5 2 2 5 3 横 向超宽 m 图 4 板 中弯 沉 随 横 向超 宽 变 化 趋 势 图 结 论 当基层 模量 为 3 0 0 0 MP a时 横 向超 宽量 为 0 8 F n时的板 角弯沉 与横 向超 宽量 为 3 m 时的误 差 为 3 7 当基 层 模 量 为 1 5 0 0 0 MP a时 横 向超 宽 量 为 1 2 m 时 的板角 弯沉 与横 向超 宽量 为 3 IT 时 的误 差 为 5 2 而 当基 层模 量 为 3 0 0 0 0 MP a时 横 向超 宽 量 为 1 5 m 时的板角 弯沉 与 横 向超 宽量 为 3 1 1 1 时 的误 差 为 3 2 由此可 以得 出 随着基 层模量 的增 大 超 宽对 板 角弯沉 的影响范 围增 大 板 中弯沉 随着横 向超 宽 的增 大 略有减 小 但 降幅很 小 结 构 在 超 宽 3 m 时 板 中弯沉仅 比无超宽 时分别下降 1 8 3 5 4 9 3板 中 板
