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第7期（总第291期）城市道桥与防洪

2023年7月URBANROADSBRIDGESFLOODCONTROL科技研究

D0I:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2023.07.058

共振碎石化路面有限元分析及优化设计研究

洪莹

（华设设计集团股份有限公司，江苏南京210014）

摘要：基于农村公路水泥混凝土路面大修大改浪潮兴起，现从资源可利用化、发展可持续化角度出发，采用有

限元ABAQUS建立各路面结构类型模型进行力学分析，探讨共振碎石化路面结构的优势。通过有限元分析验证

了共振碎石化路面结构在未来更多农村公路改造中应用的可能性及合理性。另外，采用试验研究的方式，探索了

调整水泥掺量、旧料掺量对破碎混凝土板再生的水泥稳定碎石基层强度的影响，确定最佳掺量，优化设计参数。

结论表明可广泛用于重、中、轻型交通的农村公路工程。

关键词：共振碎石化路面；有限元分析，再生；优化设计

中图分类号：U416.214文献标志码：A

0引言且既有路基并不会产生破坏。共振碎石化工作原理是

当破碎机锤头接触水泥面板时，锤头持续激振，水泥

我国近年来对农村基建投入不断加大，农村公板受迫振动，调整激励频率直至与水泥面板固有频率

路作为拉动经济增长的载体成为推进乡村振兴、农一致从而发生共振现象，致其迅速破碎。机械动能传

村现代化的保障，农村路网提升工程正有条不紊地到路面板内后集聚能量，当达到材料的受载极限时，

推进。水泥路面在近几十年农村公路巨大的增量面板便形成了纵横交错的裂缝[5],裂缝逐步扩展贯通，

中发挥着关键作用。然而，长年累月增长的交通荷下部渐成相互嵌锁的碎石块，裂纹角度成30~60°。此

载、老化的材料，以及环境风化作用之下，水泥混凝结构的形成，使共振结构层承载能力较好，又因接触

土路面的服役期限不断达到临界，产生了各种类型时间短，路基层并不会受影响而破坏。

的病害，若不加以修复改造，其相应的承载能力与路

2有限元模型

用性能将大幅削弱[2]。

在时代背景要求下，如何绿色集约、资源化修复2.1拟定典型路面结构形式

和改造水泥路面显得尤为重要。现基于江苏省农村根据共振碎石化原理，可视共振碎石化路面为半

公路可持续发展路面的某项体系研究项目，调研了刚性基层和柔性基层的结合。现选用几种典型路面结

江苏省公路的现状。在此基础上，利用有限元模型对构形式与共振碎石化路面形成对比，分析在移动荷载

几种路面及共振碎石化路面结构建模并受力分析，下不同路面结构的力学响应。

确定了碎石化路面结构形式的合理性与优越性；此2.1.1半刚性基层路面结构

外通过试验，研究了水稳再生基层的最佳水泥掺量结构形式和力学参数[6]如表1所列。

与旧料掺量。经研究，为水泥混凝土路面大修工程提表1半刚性基层路面结构表

供广泛参考建议。

弹性模量/MPa

结构类型厚度/cm5泊松比

1共振碎石化技术及原理细粒沥青混凝土414000.3

共振碎石化路面即“白改黑技术的一种[3],以碎