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第六章 路面结构的力学分析 一、引言 路面作为一类土木工程结构物，设计时必然要考虑在荷载作用下的应力、应变大小，这是结构设计的基础。路面作为一类土木工程结构物，设计时必然要考虑在荷载作用下的应力、应变大小，这是结构设计的基础。 进行广泛的应力、应变分析，了解路面结构的应力、变形分布，为路面结构组合设计提供基础。 3、模型 不同的路面结构采用了不同的力学模型，这既有路面结构特点的原因，也有当时技术水平的原因 弹性半空间模型 多层弹性体模型，轴对称模型 弹性地基板模型 多层弹性结构上的板模型 非线性、粘性、塑性的考虑 4、解算方法 理论解 近似解：数值解，有限元解 二、层弹性体轴对称模型的基本假定 路面结构由多个性能不同的层次组成，在圆形均布荷载的作用下，呈现轴对称的特性 每个层次都是由均质的、各向同性的线弹性材料组成，材料性能可采用弹性参数E、μ表征 结构的最下层为水平向无限延伸的半无限体，其上各层为水平向无限延伸、竖向有一定厚度的层次 层间接触条件可以有多种状况 应力、位移完全连续----连续体系 竖向的应力和位移连续，层间水平摩擦力为零----滑动体系 竖向的应力和位移连续，层间水平摩擦力不为零----半连续体系 无限深度处的应力和位移为零 1、当荷载位于路面边缘时，轴对称的假设与实际受力情况不符，所以路面边缘最好加宽或支挡。 2、当路面出现裂缝后，路面内的应力将发生重新分布。 较深处的应力、变形是可计算的。 层间接触条件对计算结果有较大影响。 材料的性能随环境的变化很大。 在目前的多层弹性体理论中，近域应力难以准确计算。 三、弹性多层体理论解，计算方法 多层弹性体理论解 D.M.Burmister1943年提出了双层体系解，奠定了现代路面分析的基础。之后人们又陆续建立了三层、多层体的解析解。虽然人们给出了解析解的表达，但无法简单计算，仍然只能使用数值解。 2、临界计算点和计算方法 3、多层体系的换算 四、应力与位移分析 面层、基层厚度对路面弯沉的影响 随着面层、基层厚度的增加，路面弯沉都将减小 随着基层厚度的增加，弯沉迅速减小（红线左侧）；当基层厚度增大到一定厚度时，增加基层厚度是十分不经济的 面层厚度较小时，增加厚度的效果是很好的，但随着面层厚度的增加，继续增加厚度的作用不断减小 效果变差的分界点以图中的红线为界，不同结构可能不同，但规律类似 路基和面层模量对弯沉的影响 随着面层和路基模量的增加，路面弯沉都随之减小 随着路基模量的增加，弯沉显著减小；但当路基模量减小到一定水平时，继续增大路基模量的效果变得越来越差 面层模量的影响与路基模量的影响类似 效果变差的分界点以图中的红线为界，不同结构可能不同，但规律类似 竖向荷载作用下的面层底面弯拉应力状况 随着基层模量的增大或面层模量的减小，面层底面弯拉应力迅速减小 面层厚度很小时，底面将会产生压应力 随着面层厚度的增加，底面应力将产生一个最大值，当面层达到一定厚度时，面层厚度的增加将使底面弯拉应力减小 图中不同的曲线并不平行，说明了底面应力变化的复杂性 面层较厚时，最大弯拉应力可能并不产生在面层的底面 水平荷载作用下路面内径向应力的变化 水平荷载作用下产生的表面径向应力产生在轮载边缘处，离荷载越远，应力迅速减小 面层底面的最大应力产生在荷载边缘外侧。 应力随面层厚度的增加而减小 面层内的剪应力 最大剪切应力出现在 0－4cm的范围内 4厘米以下的 剪应力 迅速减小 剪切应力的变化 基层模量越大，弯沉越 小，面层结构承受的剪 应力却越大 基层模量的变化，剪应 力增18－31％ 面层特性对剪切应力的影响 面层模量越低，所承受的 剪应力越大 面层模量变化，剪应力增 17－36％ 基层底面弯拉应力变化 随着基层模量的增加,基 层底面应力随之增加 随着厚度的增加，基层 底面的应力减小 当厚度基数较大时，增 加厚度的效果在不断减小 面层、基层的厚度和模量对路基顶面应力的影响 当面层、基层较薄时，增加面层、基层的厚度和模量的效果都十分显著 当基层达到一定厚度时，增加基层厚度的效果在减小 五、小结与设计考虑 当一个层次的参数（厚度和模量）较弱时，增强该层次的参数考虑的效果是最显著的 厚度的改变是容易的，模量的改变并不容易，这意味着改变材料类型。竖向的应力和位移连续，层间水平摩擦力不为零----半连续体系 厚度设计时 结构组合时，加强某一层次可能会造成其他层次的受力状况改变 了解不同因素的影响规律，非常有助于结构的优化 * * 引言 多层弹性体轴对称模型的基本假定 弹性多层体理论解，计算方法 应力与位移分析