混凝土路面温度翘曲应力的有限元分析武汉理工大学学报.pdfVIP

第 24 卷　第 11 期 武　汉　理　工　大　学　学　报 V o l. 24　N o. 11 2002 年 11 月 JOURNAL OF W UHAN UN IVERSITY OF TECHNOLO GY 　N ov. 2002 ( ) 文章编号: 167 1443 1 2002 混凝土路面温度翘曲应力的有限元分析 潘鹏志　周志光　晏石林　李新平 (武汉理工大学) 　 摘　要: 　以襄荆高速公路建设为背景, 分别采用W ink ler 地基和弹性半空间地基 2 种计算模型, 以及考虑冬季和夏季 2 种环境温度的作用, 用有限元方法对混凝土路面进行温度翘曲应力分析和变形分析, 其结果表明, 环境温度变化引起的 路面应力不容忽视, 基础的处理对计算结果有一定的影响, 按W ink ler 地基模型计算的变形结果小于按弹性半空间地基 模型的变形结果, 而按W ink ler 地基模型计算的温度翘曲应力高于按弹性半空间地基模型计算的翘曲应力。 关键词: 　混凝土路面; 　 地基; 　弹性半空间地基; 　有限元; 　温度翘曲应力 W ink ler 中图分类号: 　 4 16. 0 1 文献标识码: 　 U A [ 1 ] 温度翘曲应力引起的路面损坏是高速公路路面以及普通路面常见的现象 。由于混凝土材料的不可塑 性, 伴随温度变化, 混凝土将产生明显的体积变化, 路面将由此产生膨胀、收缩等变形, 即温度变形。混凝土路 面是带状结构, 因温度变化引起的路面纵向变形尤为突出。如果路面因温度变化所产生的变形受到约束, 不 能自由伸缩, 则路面将产生内应力, 即温度应力。冬季时, 路面板上表面温度低于下表面温度, 板呈向上翘曲; 夏季时, 路面板上表面温度高于下表面温度, 板中部向上拱起。如果温度翘曲应力高于混凝土面板的极限应 力时, 板将产生破坏。 W ink ler 地基模型的假设: 温度沿板厚呈直线变化, 板与地基始终保持接触, 板 自重不计, 从而可导出板 ( ) 仅受地基反力约束时在无限大板中部和窄而无限长板 或短而无限宽板 中部产生的翘曲应力计算公式。弹 [2 ] 性半空间地基上板的温度翘曲应力, 目前尚无解析解, 可以采用有限元法 。以襄荆高速公路建设为背景, 利 用有限元方法对 2 种地基模型分别进行温度翘曲应力分析和变形分析。根据湖北省交通规划设计院襄樊至 荆州高速公路设计图纸, 混凝土路面单块板的平面尺寸为 500 cm ×425 cm , 厚度 25 cm , 胀缝宽2 cm , 横向缩 缝、横向施工缝、纵向缩缝和纵向施工缝的宽度均为 0. 6 cm 。临近板对单块板是有钳制作用的, 但是由于每 一块板发生相同的翘曲, 其影响也就不大了, 因此这里不考虑临近板的影响, 只取单块板的 14 进行计算。同 时, 在计算温度翘曲应力时, 也不考虑板角隅处钢筋的影响。 1　材料及荷载参数的确定 1. 1　混凝土路面材料参数 混凝土路面材料参数如表 1 所示。 1. 2　基层抗压回弹模量和泊松比 基层抗压回弹模量和泊松比列于表 2 中。采用弹性半空间地基假设时, 土基层的厚度是不定的或无限 的, 在计算模型中只能考虑有限的基础厚度, 为了便于计算, 根据规范将路基各层等效为一均质材料, 其当量 回弹模量　　　　　　　　　　 = 280～ 450 (规范要求 100 )