
第 32 卷第 11 期 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 2013年 11 月
Vo l . 3 2
No.11 Journal of Liaoning Technical University(Natural Science) Nov. 2013
收稿日期:2013-06-03
基金项目:交通运输部公路工程行业标准制修订项目(JTG-201210)
作者简介:荆儒鑫(1990-),男,内蒙古 正蓝旗人,硕士研究生,主要从事道路结构设计方面的研究. 本文编校:杨 芳
文章编号:1008-0562(2013)11-1484-04 doi:10.3969/j.issn.1008-0562.2013.11.010
半刚性基层尺寸效应对水泥路面板响应
荆儒鑫,李新凯,唐 浩,冯德成
(哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150090)
摘 要:为研究水泥混凝土路面中基层和土基的尺寸效应,使用有限元软件,选取基层和土基的尺寸为计算变量,
对水泥混凝土路面板底、基层层底和土基顶面的应力、应变进行计算.通过计算得到的数据,分析基层和土基的
尺寸对水泥混凝土路面结构相应的影响,为水泥混凝土路面设计与维护提供参考. 结果表明:各层最大应力和最
大应变的变化规律相同;基层和土质的尺寸对各层垂直水平行车方向上的最大拉应力和最大拉应变影响相对显
著;基层垂直行车方向的最大拉应变和最大拉应力随着基层和土基尺寸的增大先减小后增大;土基顶面的最大压
应变和最大压应力随着基层和土基尺寸的增大先减小后增大.
关键词:半刚性基层;尺寸效应;三维有限元;水泥混凝土路面;土基;拉应力;拉应变;压应变
中图分类号:U 416.223 文献标志码:A
Response of cement concrete pavement based size effect of semi-rigid base
JING Ruxin, LI Xinkai, TANG Hao, FENG Decheng
(School of Transportation Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)
Abstract: In order to research the response of cement concrete pavement with different size of the base and
subgrade, the finite element was used in this study, and the size of the base and subgrade was selected as compute
variable to calculate the stress and strain of the bottom of cement concrete structure, the base and the top of base.
According to the calculated data, the study analyzed the impact of the size effect of the base and subgrade on the
cement concrete structure and provided the reference for the cement concrete design and maintenance. The results
indicate that maximum stress and strain of each layer are changed in the same way; the sizes of the base and
subgrade have a significant effect on transverse maximum stress and strain of each layer; the transverse maximum
stress and strain of base decrease first and increase after a certain value with the size of base and subgrade
increases; the vertical maximum stress and strain of subgrade decrease first and increase after a certain value with
the size of base and subgrade increase.
Key words: semi-rigid base; size effect; 3D finite element; cement concrete pavement; subgrade; tensile stress;
compressive strain
0 引 言
水泥混凝土路面指以水泥混凝土材料为面层
结构的路面,又称刚性路面
[1]
,作为一种高级路面
结构形式,具有强度高、稳定性好、耐久性长、耐
高温、抗磨耗以及维护费用少等优点,从而得到了
广泛的应用.随着国民经济的迅猛发展,配套的交通
事业也将步入高速发展期,水泥混凝土路面也将会
得到更为广泛的应用.
从水泥混凝土路面的发展史来看,路面结构设
计大致经历了理论解析解、影响图及有限元程序计
算三个阶段
[2]
.目前对理论解析解的研究已日趋完
善,但是理论公式用于分析水泥混凝土路面的载荷
应力时,仍存在不少问题和不足
[3-4]
.
因此,通过结构分析,建立更为精确三维有限
元模型,有利于完善水泥混凝土路面设计计算理
论,同时还可以减少混凝土路面的结构性损坏,降
低路面管理和维护费用.
1 道路结构假设
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》
[5]
、《公
路水泥混凝土路面施工技术规范》
[6]
和相关工程实
例,拟建水泥混凝土路面为特重交通等级下的高速
公路,其各层结构物理参数见表 1.