双层水泥混凝土路面结构临界点位置分析 (2010年)

针对我国水泥混凝土路面刚性、半刚性材料作为基层大量使用的情况,基于弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,采用3维20节点实体单元,讨论了轴载作用下水泥混凝土路面结构(面层和基层)最大荷载应力点的位置、大小和对应的荷位,多轴荷载对最大荷载应力位置和大小的影响,以及移动轴载作用下的最大荷载应力影响线；分析了轴载作用于不同荷位时,基层有无超宽对面层、基层自身最大荷载应力的影响,以及轴载向面层内侧移动时路面结构最大荷载应力的变化规律；讨论了温度翘曲和荷载作用的耦合效应。研究结果可用于确定水泥混凝土路面结构临界点的位 ### 双层水泥混凝土路面结构临界点位置分析 #### 概述 本文主要探讨了在轴载作用下，双层水泥混凝土路面结构（包括面层和基层）中最大荷载应力点的位置、大小及其对应的荷位。研究还考虑了多轴荷载对这些参数的影响，并分析了移动轴载作用下的最大荷载应力影响线。此外，文中还讨论了当轴载作用于不同荷位时，基层是否有超宽对面层和基层自身最大荷载应力的影响，以及轴载向面层内侧移动时路面结构最大荷载应力的变化规律。 #### 研究背景与方法 中国水泥混凝土路面的建设中广泛使用了刚性和半刚性材料作为基层。为了更准确地反映这种实际应用情况，本文基于弹性地基上的不等平面尺寸双层结构模型进行了研究。该模型采用了三维20节点实体单元进行有限元分析。这种方法能够更真实地模拟实际路面结构中的应力分布情况，特别是在不同荷载作用下。 #### 最大荷载应力点分析 - **位置与大小**：研究发现，最大荷载应力点的位置和大小不仅取决于荷载的作用位置，还受到路面结构本身特性的显著影响，如材料性质、层间接触条件等。 - **多轴荷载影响**：当考虑多轴荷载时，最大荷载应力点的位置可能会发生变化，其大小也会有所不同。这是因为多个荷载的共同作用会产生复杂的应力分布。 - **移动轴载下的应力影响线**：移动轴载下的最大荷载应力影响线揭示了荷载在路面不同位置移动时，应力如何随之变化。这对于理解车辆运行过程中的路面响应至关重要。 #### 轴载作用位置对最大荷载应力的影响 - **基层有无超宽**：基层是否具有超宽对于面层和基层的最大荷载应力有着显著影响。通常情况下，基层超宽可以分散荷载，减少最大荷载应力。 - **轴载向内侧移动**：当轴载逐渐向面层内侧移动时，最大荷载应力点的位置和大小也会发生变化。这表明，在设计中需要考虑到荷载位置的变化对路面性能的影响。 #### 温度翘曲与荷载耦合效应 - **耦合效应**：温度翘曲和荷载作用共同产生的耦合效应是影响路面结构应力分布的重要因素之一。高温会使材料变软，降低其承载能力；低温则会导致材料硬化，增加脆性。这些变化都会进一步影响到荷载作用下的应力分布。 #### 结论与应用 通过上述分析可以看出，本研究对于确定水泥混凝土路面结构临界点的位置具有重要意义。临界点是指在行车荷载和环境因素共同作用下，路面结构内部产生最大应力的位置。这一研究成果有助于优化路面设计，提高路面的耐久性和使用寿命。例如，在实际工程设计中，可以根据研究结果调整路面结构尺寸、选择合适的材料和改善层间接触条件，从而有效控制临界点的应力水平，减少路面损坏的风险。此外，研究结果还可以用于评估现有路面结构的安全性和耐久性，为维护和改造提供科学依据。