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《路面結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第十章路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析第十章路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析第一節(jié)彈性層狀體系理論第二節(jié)彈性層狀體系應(yīng)力和位移狀況分析第三節(jié)彈性地基板的荷載應(yīng)力分析第四節(jié)彈性地基板的溫度應(yīng)力分析第一節(jié)彈性層狀體系理論在研究瀝青路面設(shè)計(jì)方法和進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析時(shí),較為理想且更能反映瀝青路面的實(shí)際工作狀況的力學(xué)模型是層狀體系理論。并且在層次結(jié)構(gòu)方面,由雙層體系、三層體系發(fā)展到多層體系.多層體系在圓形均布垂直荷載作用下的計(jì)算圖式如下圖10-1所示。10-1:圖中荷載P表示單位面積上的垂直荷載,δ為荷載圓面積的半徑,h1、h2、…、hn-1為各層厚度,E1、E2、…、En-1,及μ1、μ2、…、μn-1為各層彈性模量及泊松比。
2、層狀體系基本假定(1)各層都是由均質(zhì)、各向同性的彈性材料組成,這種材料的力學(xué)性能服從虎克定律;(2)假定土基在水平方向和向下的深度方向均為無限,其上的各層厚度均為有限,但水平方向仍為無限;(3)上層表面作用有軸對(duì)稱圓形均布荷載(可以是垂直均布荷載,也可以是一般圓形荷載),同時(shí)在下層無限深度處及水平無限遠(yuǎn)處應(yīng)力和應(yīng)變都是零;(4)層間接觸面滿足一定的條件,可以是假定完全連續(xù)、完全光滑,也可介于兩者之間。(5)不計(jì)自重。(10—1)(10—2)(10—4)(10—3)第二節(jié)彈性層狀體系應(yīng)力和位移狀況分析一、路基應(yīng)力過大的應(yīng)力值使路基出現(xiàn)剪切破壞或出現(xiàn)塑性變形,從而使路面結(jié)構(gòu)破壞。如圖10-5是相
3、對(duì)剛度不同的雙層體系,沿荷載截面軸上路基豎向應(yīng)力系數(shù)三隨深度而變化的情況。四、面層的徑向應(yīng)力垂直荷載作用下,面層底面的徑向應(yīng)力并非都是拉應(yīng)力(圖10—9)如圖10-9(右):由此我們可以得出:圖10-10圖10-11圖10—12水平荷載作用下徑向剪應(yīng)力系數(shù)圖10—11剪應(yīng)力隨深度、厚度變化a)隨深度的變化;b)面層厚度的影響第三節(jié)彈性地基板的荷載應(yīng)力分析水泥混凝土面層在輪載作用下,它具有良好的板體性和擴(kuò)散荷載的能力,所產(chǎn)生的彎曲變形(稱作撓度)很小,所以一般采用彈性地基板理論分析其應(yīng)力狀況。一、小撓度彈性薄板的基本假設(shè)研究豎向荷載(板頂為局部范圍內(nèi)的輪載,板底為地基反力)作用下的薄板彎曲通常
4、采用下述三項(xiàng)基本假設(shè):(1)豎向應(yīng)變同其他應(yīng)變分量相比很小,可以忽略不計(jì)。(2)垂直板中面的法線,在彎曲變形前后均保持為直線并垂直中面,因而無橫向剪應(yīng)變。(3)中面上各點(diǎn)無平行于中面(x和y方向)的位移。板內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)原是三維的。由于作了上述三項(xiàng)假設(shè),可簡化成為平面問題。通過應(yīng)力幾何方程和物理方程得出應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系,我們可發(fā)現(xiàn)無論是應(yīng)變還是應(yīng)力或內(nèi)力,均可表示為撓度W的函數(shù)。a)文克勒(Winkler)地基;b)彈性半無限體地基三、Winkler地基上板的荷載應(yīng)力分析H.M.Westergard采用Winkler地基假設(shè),分析了三種輪載位置下,如下圖10-15所示:——為板中撓度和彎矩系數(shù)
5、,隨δ/l0而變,見表10-1δ/l0系數(shù)0.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.300.3830.3830.3820.3820.3810.3800.3790.3790.3780.3770.3760.2670.2510.2370.2240.2140.2050.1960.1870.1810.1740.168半空間地基上無限大板的板中撓度系數(shù)和彎矩系數(shù)(μ=0.15)表10—1五、有限尺寸板的有限元解五、有限尺寸板的有限元解對(duì)半無限地基上的有限尺寸矩形板(四邊自由),將車軸一側(cè)雙輪組輪載簡化成雙方形荷載圖式。借助于有限元法計(jì)算分析軸載在板上不同位置時(shí)板
6、內(nèi)的應(yīng)力狀況。在單軸荷載情況下,軸載作用于縱向邊緣(即兩側(cè)雙輪中有一側(cè)靠貼縱邊,另一側(cè)在板內(nèi))中部時(shí)應(yīng)力最大;僅雙輪組輪載作用于橫向邊緣中部時(shí)的應(yīng)力,大于軸載作用于橫邊時(shí);雙輪組輪載作用于板中時(shí)應(yīng)力最小,也小于軸載作用于板中部時(shí)有限元法在應(yīng)用上的一個(gè)主要缺陷是它沒有解析式,只能針對(duì)具體的情況采用計(jì)算機(jī)程序解出具體的結(jié)果來。根據(jù)板厚h、板與地基的模量比Ec/Et以及軸載P,確定不同單軸荷載位置時(shí)板內(nèi)的最大應(yīng)力。第四節(jié)彈性地基板的溫度應(yīng)力分析水泥混凝土面層內(nèi)不同深度處的溫度,隨氣溫而發(fā)生周期性變化,面層內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生脹縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力。一、脹縮應(yīng)力板中部,如果受到板和基層之間的摩阻力的完全約束,則溫
7、度變化時(shí)板不能移動(dòng),伸縮完全受阻時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力為對(duì)于板邊緣中部或窄長板(長邊平行x軸),則脹縮應(yīng)力為:二、翹曲應(yīng)力板的翹曲變形受到兩方面的約束,一方面是板的橫截面在翹曲變形后仍保持為平面的傾向產(chǎn)生的應(yīng)力稱作內(nèi)應(yīng)力;另一方面是板的自重、地基的反力和相鄰板的約束作用產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。板內(nèi)不同溫度分布時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力分布如圖:p-板自重;q-地基反力;﹢-拉應(yīng)力;﹣-壓應(yīng)力學(xué)習(xí)動(dòng)物精神11、機(jī)智應(yīng)變的猴子:工作的流程有時(shí)往