刚性道面上水泥混凝土加铺层的结构分析与设计方法.pdfVIP

刚性道面上水泥混凝土加铺层的 结构分析和设计方法 (刘玉荣) (吉林省公路勘测设计院) 摘要：本文提出了弹性地基上板的三维应力分析方法，考虑上下板之间既非完成连续，又 非完全光滑的接触状态，引用了三维Goodman模型单元．据此编制的三维有限元分析程序 TRI—SLAB可用于多种水泥混凝土道面和多种荷载状况．经过对比分析刚性道面上对缝和不 对缝布置的水泥混凝土加铺层的荷载应力、接缝处理和经济效益等因素，论证了刚性道面 上分离式不对缝水泥混凝土加铺层的经济性和适用性．针对机场道面设计绘制的大量的设 计图表可供设计人员使用． 0前言 现有的水泥混凝土道面，或是因交通荷载和气候等自然因素的反复作用，或是因道面 的使用状态不能满足要求，需要对旧道面进行罩面设计．综合国内外现有的加铺层设计方 法，主要有以下4种： 1．按经验或半经验方法计算加铺层，如美国工程兵团法．苏联法及我国现行规范 法． 、 2．将加铺层作为新的路面板来计算，如1986年版的AASHTO法、英国的TRL法及波 特兰水泥协会法． 3．用弹性层状体系理论的有限元分析方法，按多层路面计算加铺层厚度． 4．利用薄板理论计算加铺层厚度． 方法1是根据等刚度或等弯沉原理将双层板折算成单层板进行设计、验算．设计简便 易行．但其当量代换的概念不清，且不能考虑翘曲和接缝传力等因素． 方法2可利用现有图表，因而许多国外机构采用此方法．但该方法难以正确确定出旧 道面板和地基组成的综合地基强度，并且双层扳的临界荷位与单层板术尽相同，现有图表 并不能完全满足要求． 方法3不适用于有限尺寸板的情况，且未考虑翘曲应力． 方法4则仅限于分析分离式双屋板，不能考虑结合式和部分结合式双层板．在进行翘 曲应力分析时仍将双层板处理为单层板． 为能更真实地模拟旧道面板与加铺层的实际工作状态，本文采用弹性地基上板的三维 应力分析方法，并编制了相应的有限元程序。旧道面板(下板)和加铺层(上板)采用空 f@A结点单元，上下板间的夹层采用Goodman模型的空间夹层单元，以法向劲度系数足．和 切向劲度系数K，(K。)来表征上下板的3种接触状态：分离式．结合式和部分结合式． 水泥混凝土板的主要破坏形式是板间断裂．为充分发挥旧板的整体强度，本文提出采 用不对缝加铺方式，即加铺层的接缝位置与f日道面的接缝位置之间有一定的水平距离，以 利用旧道面板板中强度来弥补加铺层板角，板边的薄弱． 380 1有限元分析 1．1板单元——空间八结点单元 空间八结点单元(图1)局部坐标的原点取在单元的形心上，坐标轴的方向和直角坐标轴 方向一致，局部坐标与直角坐标的关系式为： ： E=jo飞)舻半a Z n=砉。毗)y。=半(1) =；G_)：。：华 C Z u=∑N以 v=∑Nn w=∑N1wt ’ (I=1，2，3，：”，8) Ⅳ。=∞，)=÷(1幅驮l饥似l呜) 其中{．、rl。、。表示节点k的局部坐标，N。为形状函数，其形状函数矩阵为 0 0 N 0 2 o…N。0 』Nl 0} 0 0 0 o…0 (4) Nl Nl N。0 [Ⅳ】=J