动静荷载作用下混凝土路面应力对比
《沙漠区沥青混凝土路面横向隆起成因及力学分析》范文
《沙漠区沥青混凝土路面横向隆起成因及力学分析》篇一一、引言在沙漠区域，沥青混凝土路面的横向隆起是一种常见的道路病害现象。
这种问题的出现不仅影响了道路的行车舒适性，也对道路的使用寿命和安全性构成了严重威胁。
因此，对沙漠区沥青混凝土路面横向隆起成因及力学分析的研究显得尤为重要。
本文将详细探讨沙漠区沥青混凝土路面横向隆起的成因，并对其力学行为进行深入分析。
二、沙漠区沥青混凝土路面横向隆起的成因1. 地基土壤特性：沙漠地区土壤以沙土为主，土壤稳定性较差，地基承载力不均匀。
当路面的基层受到荷载作用时，地基的不均匀沉降往往导致路面的横向隆起。
2. 施工工艺：施工过程中，如沥青混凝土的配合比、压实度、接缝处理等环节控制不当，也可能导致路面出现横向隆起。
3. 气候条件：沙漠地区气候条件恶劣，风沙、温差大等因素会加速路面的老化，使得路面材料性能降低，从而引发横向隆起。
4. 交通荷载：长期交通荷载作用下，路面受到车辆反复碾压，容易造成路面结构层的损坏，从而引发横向隆起。
三、力学分析1. 应力分析：在荷载作用下，沥青混凝土路面产生应力。
当这些应力超过路面的承载能力时，路面便会出现横向隆起。
其中，地基不均匀沉降产生的应力是导致路面隆起的主要因素。
2. 变形分析：路面的变形主要包括弹性变形和塑性变形。
在地基不均匀沉降、交通荷载等因素的作用下，路面产生塑性变形，从而导致横向隆起。
3. 疲劳分析：在长期交通荷载和气候条件的影响下，沥青混凝土路面会逐渐产生疲劳损伤。
当疲劳损伤累积到一定程度时，路面便会出现横向隆起。
四、预防与治理措施1. 地基处理：对沙漠地区道路工程，应采取合适的地基处理方法，如换填法、固沙法等，以提高地基的承载力和稳定性。
2. 优化施工工艺：严格控制沥青混凝土的配合比、压实度、接缝处理等环节，确保施工质量。
3. 增强路面的抗老化性能：采用耐候性好的材料，提高路面的抗老化性能，延长路面的使用寿命。
4. 加强交通管理：通过限制超载车辆通行、合理分配交通流量等措施，减轻路面的交通荷载压力。
探讨高模量沥青混凝土路面抗车辙功能的结构力学
Construction & Decoration10 建筑与装饰2023年2月下 探讨高模量沥青混凝土路面抗车辙功能的结构力学董涛 张延伟 刘东 蔺召陕西华山路桥集团有限公司 陕西 西安 710016摘 要 社会经济持续发展提升了人们的生活水平与生活质量，伴随公路交通数量、重载车辆的持续增加，沥青路面的车辙问题已然变成国家级公路工程的关键性病害问题，其会对车辆交通出行中的安全性、舒适性等产生严重影响，车辙问题防治已经变成重要的待解决问题。
文中着手于车辙形成的具体情况进行探析，阐述高模量沥青混凝土路面抗车辙功能的结构力学，希望能够为相关工作者提供一些帮助。
关键词 高模量；沥青混凝土；路面；抗车辙功能；结构力学；引言当前高温天气频繁出现，重载车辆也在持续增加，车辙损耗问题也愈加严重。
同时对比水损坏、开裂等诸多问题，车辙维修更加困难，需要投入的维修成本也愈加高昂，所以，沥青路面养护中的车辙处理是需要及时进行解决掉的问题。
高模量沥青混凝土属于是新兴的路面材料，其抗车辙性能更为优良，为了能够有效规避车辙问题产生的不良影响，道路工作者开展了积极的研究，对路面模量进行改善的高模量沥青混凝土于道路界被更多人所认可。
通常情况下，高模量沥青混凝土都被应用在沥青面层，提升其弹性模量能够强化提升路面的荷载变形抵抗能力，提升路面的抗车辙性能，对道路工程应用年限进行有效提升，压缩后期维护所投入的成本资金[1]。
而我国依然处于应用初期，欠缺高模量沥青混凝土路面抗车辙功能方面的研究，国家既有路面结构与国外高模量混合材料的路面结构、形式存在一定差异，需要分析传统路面结构的受力情况，并且将高模量沥青混凝土路面和普通路面中的受力特点变化找出来，对其抗车辙性能进行深入探析。
1 车辙形成的具体情况道路工程在长期使用过程中，会产生种类不同的各种车辙问题，其不仅会对交通运输过程中的舒适性产生影响，更会对道路工程实际应用中的安全性、可靠性等产生严重影响。
混凝土路面基层强度计算原理
混凝土路面基层强度计算原理混凝土路面基层强度是路面设计中的一个重要参数，它直接影响着路面的使用寿命和运行安全性。
本文将从混凝土路面基层的结构、强度计算理论、影响因素等方面，详细介绍混凝土路面基层强度计算原理。
一、混凝土路面基层结构混凝土路面基层通常由水泥土、碎石、砂、水泥砂等材料混合而成，其厚度一般为200mm~400mm。
混凝土路面基层的结构一般分为四个部分：基础层、底基层、上基层和面层。
其中，基础层是路面基础层的一部分，其主要作用是承受路面荷载传递和分散，防止基础沉降；底基层是路面基础层的一部分，其主要作用是承受路面荷载传递和分散，防止基础沉降；上基层是路面基础层的一部分，其主要作用是承受路面荷载传递和分散，防止基础沉降；面层则是路面的最上层，其主要作用是承受车辆荷载、防止水渗透和提高路面的摩擦系数。
二、混凝土路面基层强度计算理论混凝土路面基层强度计算理论主要是根据路面荷载和路面基层的力学特性进行计算。
路面荷载是指车辆在行驶过程中对路面所施加的荷载，其大小与车辆类型、轴重、车速、轴距等因素有关。
路面基层的力学特性是指其抗压强度、变形特性等，其大小与基层材料的特性、设计厚度、施工质量等因素有关。
混凝土路面基层强度计算的基本原理是：在路面荷载作用下，基层应力状态呈现三维应力状态，其切应力峰值与荷载作用面积成正比；基层变形与荷载作用面积成反比；基层的抗压强度与荷载作用面积成反比。
因此，可以通过计算路面荷载作用下基层的应力、变形和抗压强度，来评估路面基层的强度。
三、影响混凝土路面基层强度的因素混凝土路面基层强度的大小受多种因素的影响，其中主要包括以下几个方面：1. 基层材料的特性：基层材料的抗压强度、变形特性等对其强度大小有着直接的影响。
2. 设计厚度：基层的设计厚度是决定其强度的重要因素之一。
3. 施工质量：施工质量对基层的强度有着直接的影响，包括材料的密实程度、基层的平整度等。
4. 路面荷载：路面荷载是导致基层破坏的主要原因之一，其大小与车辆类型、轴重、车速、轴距等因素有关。
水泥混凝土路面结构应力分析
a）温克勒地基
弹性均质半空间地基
假定地基为连续、均质、各向同性、完全弹性 的半空间体（如图b）。
地基反力q(x,y)与挠度W(x,y)的关系为：
q( x, y )＝f [ w( x, y )]
b）弹性半空间体地基
弹性层状半空间地基
层状地基在沿深度的方向分成若干个层次，层次 之间符合一定的连续条件。每一个层次有不同的 弹性特征E、μ，并且符合弹性理论的基本假定， 即连续、弹性、均质、各向同性。
弯曲应力和剪应力为：
多轮荷载作用下
为了简化多轮荷载的计算，将弯矩系数直接编 制成表，可按下式直接运算：
M x P( M M xi )
i 1 n 1
M y P( M M yi )
i 1
n 1
式中：
M ——荷载中心弯矩系数 M xi ——其他荷载引起的计算点x方向弯矩系数 M yi——其他荷载引起的计算点y方向弯矩系数
相应的单层板弯曲刚度计算式：
D E1[(h1 h0 ) 3 E2 [(h1 h2 h0 ) 3 (h1 h0 ) 3 ] 3(1 2 )
2
应力计算
1. 计算等刚度单层板的当量厚度he：
2 12 (1 2 ) D he 3 E2
2.计算得到单层板得底面最大应力σe：
a)气温升高时；b)气温降低时 混凝土面板的翘曲变形
威斯特卡德——布拉德伯利计算温度应力
对有限尺寸板，沿板长（L）和板宽（B）方向 的任一点的翘曲应力分别为
Et Cx C y x 2 2 1 Et C y Cx y 2 2 1
混凝土路面能够承受的轴载作用次数计算
混凝土路面能够承受的轴载作用次数计算混凝土路面是现代道路建设中常用的一种材料，它具有较好的耐久性和稳定性。
混凝土路面能够承受的轴载作用次数是一个重要的技术指标，它直接关系到道路的使用寿命和安全性。
本文将从理论和实践两个方面探讨混凝土路面能够承受的轴载作用次数计算方法。
一、理论分析1.1 混凝土路面的结构特点混凝土路面主要由水泥、砂、石子等原材料组成，其中水泥与水混合后形成水泥浆，再与砂、石子等骨料进行充分搅拌，最终得到具有一定强度的混凝土。
混凝土路面的结构特点是密实、坚固，具有良好的抗压性能。
1.2 轴载作用对混凝土路面的影响轴载作用是指车辆在行驶过程中对路面施加的压力，主要包括静荷载和动荷载两种形式。
静荷载主要是指车辆停放时对路面产生的压力，动荷载则是指车辆行驶过程中对路面产生的冲击力。
轴载作用会对混凝土路面产生一定的应力，当应力超过一定范围时，混凝土路面就会发生破坏。
1.3 混凝土路面承载能力的影响因素混凝土路面的承载能力受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：(1)混凝土配合比：混凝土配合比是指水泥、砂、石子等原材料的比例，不同的配合比会导致混凝土的强度不同，从而影响路面的承载能力。
(2)骨料质量：骨料的质量直接影响混凝土的强度和密实度，进而影响路面的承载能力。
(3)施工工艺：合理的施工工艺可以保证混凝土路面的密实度和强度，提高其承载能力。
1.4 轴载作用次数计算方法根据力学原理，当混凝土路面受到轴载作用时，其内部会产生一定的应力。
当应力超过一定范围时，混凝土路面就会发生破坏。
因此，可以通过计算混凝土路面在受到轴载作用前后的应力变化来确定其能够承受的轴载作用次数。
具体计算方法如下：(1)确定混凝土路面的设计强度。
(2)模拟轴载作用过程，计算车辆在行驶过程中对路面产生的压力。
(3)监测混凝土路面的应力变化情况。
(4)根据应力变化情况判断混凝土路面是否发生破坏。
(5)根据破坏情况确定混凝土路面能够承受的轴载作用次数。
浅析水泥混凝土路面路基应力问题
浅析水泥混凝土路面路基应力问题[摘要]水泥混凝土路面结构的损坏除了它本身的原因之外，路基的变形是导致路面结构损坏的重要原因之一。
路基是路面结构的支撑体，车轮荷载通过路面结构传到路基，所以路基的应力特性对路面结构的整体强度与刚度有着极为强烈的影响。
所以必须要对水泥混凝土路面路基的应力进行深入分析。
[关键词]浅析；水泥混凝土路面；路基；应力由于水泥混凝土路面具有着刚度大、荷载扩散能力强和稳定性好等特点，在我国的公路建设中得到了最为广泛的应用。
但在混凝土路面在我国公路建设中也暴露出一些问题，例如，水泥混凝土路面在运行一段时间后出现了不同程度的损坏，如路面开裂、路面错台等现象的发生。
不仅影响着水泥混凝土路面的实用性和耐久性，还对过往车辆和行人的安全产生隐患。
所以必须深入分析路面与路基结构以及影响路面结构的因素。
一、研究现状及存在问题（一）目前研究现状路基是混凝土路面与行车荷载的支撑体系，由于面层混凝土具有刚度大和板体性强等特点，所以面板混凝土也同时具有良好的荷载扩散能力，通常情况下认为荷载传到路基顶面的时候，应力会很小。
但是，由于经济社会的快速发展，交通运输业和汽车工业得到良好的发展，车辆的轴承不断增加；而同样由于经济发展公路运输车辆超载现象越来越多，超载数量也在不断增加，所以现在水泥混凝土路面所承受的车辆荷载也在不断增加，导致路基应力和分布深度的不断提高和扩大。
（二）目前研究中存在的问题由于路基土具有明显的应力依赖性，路基的性能，也就是回弹模量和压缩变形等会随着应力状况的改变而随之改变。
然而目前设计规定中，对于路基应力及产生影响并没有清楚认识到。
例如不考虑公路与荷载等级，而将路基工作区统一设定为0.8米：同时在路面结构中采用静态承载板法测定的回弹模量表示路基的抗变形能力，忽视路基应力状况的影响。
本文采用可以真实表现路基抗变形能力的动态回弹模量，如果需要在室内进行实验，应该采用动三轴实验来测定该指标，然后根据路基应力实际情况制定相匹配的加载应力组合；同时在进行路基变形分析时，需要详细掌握路基中荷载应力的分布情况，并根据此确定路基应力计算深度，因此，需要根据当前国内水泥混凝土路面的典型结构形式和交通荷载状况，深入分析路基的应力状况，确定其应力计算深度。
不同车速作用下水泥混凝土路面动态响应分析
加封层的水泥路面在动载作用下的受力分析
材 料 的详 细 参 数 如 图 １ 表 １ 示 。路 面 结 构 各 层 和 所 材 料 参 数 的取 值 参 考 水 泥 路 面 和 沥 青 路 面 的相 关
规范。
乳 化 沥 青 上 封 层
理 想 化 为２ ． ｍ￣ ００ ｍ的 正方 形 。本 次 研 究 冲 击 ００ ｃ ２ ．ｃ
尺 寸 为３５ ５０ ． ｍｘ ．ｍ，三维 有 限元 模 型 的建 立遵 循 以
计 算 分析 沥 青 封层 对 水 泥路 面动 力 学性 能 的影 响 ． 从 而 使研 究者 对 沥青 上封 层在 水泥 路 面结构 上 的效
用 有 进一 步 的认识 ，为沥 青封层 用 于水 泥路 面 的维
泊 松 比
密 度 ／ ｇｉ ） （ ・ ｋ ｎ
２３ ０ ５
阻尼 比
称 为上封 层 铺筑 在路 面面层 下 面 、基 层表 面 的称
为 下 封 层 。封 层 的 应 用 以 往 一 般 在 沥 青 路 面 中较 多 ，公 路 沥 青 路 面 养 护 技 术 规 范 规定 ：ａ 交 通 量 ）
大 、重 型 车较 多 的路 段 宜 采 用 厚度 约 为 １ ｃ ． ｍ的 封 ０
Ｈｇ ｗａ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｉｈ ｙＥ ｇｎ ｅｉ ｎ
一
道堕 翟
以往对 沥青 上 封层用 于水 泥路 面 中的研 究 ．关 注 的重 点多 集 中于施 工措 施及 其对 路 面路用 物 理性
能 的改善 ，尚有进 一 步深 化 的空 间 。本 文采 用有 限 元 分 析程 序Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 建立 ｉ 维有 限元模 型 ，将 动荷 载 分 别作 用 于普 通水 泥混 凝 土路 面结构 和加 铺 了一 层 ｌｍ厚 的乳 化 沥 青 上 封 层 的 水 泥 混 凝 土 路 面 结 构 ， ｃ
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混凝土路面属于刚性路面， 它在行车荷载作用下产生的形 变， 远小于下面底基层及路基的形变 。且混凝土路面板平面尺寸 所以根据弹性力学中的平面假定及混 远远大于其厚度方向尺寸， 凝土本身材料特性， 可把混凝土路面板假定为各向同性 、 均质、 无 质量、 等厚度的小挠度弹性平面板， 板下的底基层及路基可假定 它仅约束路面板的竖向位移， 且与路面不脱空， 即两 为弹性支撑， 者竖向位移相同。基于以上假定并采用圆柱坐标时， 板的挠曲面 微分方程可写为： D（ 1 d d2 d2 ω 1 d ω ）（ 2 + ） =p－q 2 + r dr r dr dr dr （ 1）
［2 ］
y， t） ( xω + 2 x ωy + yω ) + uω + ηω + ρh tω = F（ x，
2 4 2 2 4 2
（ 6）
可以得到： + Ph ∞ εx = 2 8－ ∞ －∞ π εy = γ xy = Ph 2 8－ ∞ π Ph 2 8－ ∞ π
+∞ －∞
0
引言
水泥混凝土路面由于其易施工 、 易养护等特点已在我国道路
D
特别是在乡村道路及中低等级公路修筑中被广 建设中广泛修建， 泛采用。但大部分水泥混凝土路面在还未达到设计使用年限就 出现很多缺陷和裂缝， 分析其原因一方面由于现有路面交通量及 ［1 ］ 行车荷载远大于设计交通量及设计荷载， 造成路面板断裂 ， 另 一方面是由于现行水泥混凝土路面本身设计原因造成
（ 4）
应力值
根据以上计算结果， 并对上述四种计算方法进行对比分析， 可看出混凝土路面板在行车荷载作用下按静态荷载作用计算出来 的应力较考虑行车荷载动态特性作用下计算出来的应力都偏小。
1． 2 计算
考虑行车荷载动 态 特 性作用 下 混凝 土 路 面 板 应 力
［5 ］
将行车荷载简化为移动集中荷载即： F（ x， y， t） = pδ（ x － ct） δ（ y）
［3 ， 4 ］
以一交通 等 级 为 中 等 交 通 的 道 路， 抗 弯 拉 强 度 采 用 f cm = 4． 5 MPa， μc = 0． 15； 地基当量回弹模量 Et = 80 MPa， 地基参数 Es =
6 2 180 MPa， μ s = 0 ． 30 ， 地基反应模量 k = 68． 9 × 10 N / m ， 路面板厚
度 h = 25 cm， 混凝土路面板宽度 12 m， 行车为后两轴， 共四个车 轮， 每个轮行车荷载 P = 21 kN， 轮压 p = 0． 7 MPa。车轮布置见图 1。
y 3 4
1.35 m
r4
1 0.34 m
2
x
上述方程采用温克勒地基板解析解可得路面板应力： P σ=C 2 h 采用半无限地基板解析解可得路面板应力： 6M σ= 2 h 采用弹性地基板的有限元解可得路面板应力： n m p σ = Al 2 h
Vol． 38 No． 28 Oct． 2012
（ 7） 根据虎克定律将应变转化为板的应力可得： E E （ ε x + vε y ） ； σ y = （ ε y + vε x ） σx = 1 － v2 1 － v2 （ 8）
2
动静态荷载作用下混凝土路面板应力对比分析
1 1． 1
动静态荷载作用下混凝土路面板应力计算 静态荷载作用下混凝土路面板应力计算
e i［k1（ x －x c） +k2y］ k2 2 d k1 d k2 2 － ρhc2 k2 1 + u － i η ck1
∫ ∫
+∞
e i［k1（ x －x c） +k2y］ k1 k2 d k1 d k2 D（ k + k ） 2 － ρhc2 k2 1 + u － i η ck1
2 1 2 2
∫ ∫ ∫ ∫
+∞ －∞
+∞
e i［k1（ x －x c） +k2y］ k2 1 d k1 d k2 D（ k + k ） 2 － ρhc2 k2 1 + u － i η ck1
2 1 2 2 2 D （ k2 1 + k2 ）
+∞
。 按我
们设计规范公式进行混凝土路面板疲劳设计计算时， 规范采用行 车静荷载作用下的最大应力来计算混凝土路面板疲劳寿命， 然而 且路面板在静荷载作 实际混凝土路面板是承受行车动荷载作用， 用下产生的应力与动荷载作用下产生的应力是有一定差别的， 故 用这两种应力计算出来的路面板疲劳寿命是不同的 。 介于上述 文中进行混凝土路面板在动态荷载作用下的应力计算， 并 原因， 与静态荷载作用下应力进行对比分析 。
摘
要： 对混凝土路面板在动态荷载及静态荷载两种荷载作用下的应力进行计算对比分析， 得出行车静荷载作用下路面板疲劳寿 为混凝土路面板的疲劳寿命设计提供了一定的参考依据 。 命比行车动荷载作用下疲劳寿命大的结论， 文献标识码： A 将式（ 5 ） 代入板的运动方程：
4 4 4
关键词： 应力， 混凝土路面， 动态荷载， 静态荷载 中图分类号： U416． 216
图1
车轮布置示意图
（ 2）
按前文所述， 代入某轮在车轮荷载作用下的应力 。 由于板受 多个车轮作用， 可取某轮为主轮， 再叠加其他各轮载的影响 。 应 力计算对比分析结果见表 1 。
表1
计算方法 温克勒地基 板解析解 0． 487
（ 3）
应力计算对比分析表
半无限地基 板解析解 0． 520 弹性地基板 有限元解 0． 541 考虑行车荷载 动态特性作用解 0． 562
3
（ 5）
结语
文中从分析混凝土路面板在行车荷载作用下的不同计算方法
26 收稿日期： 2012-07作者简介： 于孙相（ 1981- ） ， 男， 工程师
第 38 卷 第 28 期 2012 年10 月 文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 28-0147-02
山
西
建
筑
SHANXI
ARCHITECTURE
· 146·
第 38 卷 第 28 期 2012 年10 月
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西
建
筑
SHANXI
ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 28 Oct． 2012
文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 28-0146-02
动静荷载作用下混凝土路面应力对比分析
于孙相
（ 福建建工集团总公司， 福建 福州 350003 ）