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耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力三维有限元分析

郑木莲 马庆雷 陈拴发 王松根 王秉纲

郑木莲, 马庆雷, 陈拴发, 王松根, 王秉纲. 耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力三维有限元分析[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(4): 47-51.
引用本文: 郑木莲, 马庆雷, 陈拴发, 王松根, 王秉纲. 耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力三维有限元分析[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(4): 47-51.
ZHENG Mu-lian, MA Qing-lei, CHEN Shuan-fa, WANG Song-gen, WANG Bing-gang. Load stress analysis of concrete base for durable asphalt pavement with 3D finite element model[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(4): 47-51.
Citation: ZHENG Mu-lian, MA Qing-lei, CHEN Shuan-fa, WANG Song-gen, WANG Bing-gang. Load stress analysis of concrete base for durable asphalt pavement with 3D finite element model[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(4): 47-51.

耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力三维有限元分析

基金项目: 

国家西部交通建设科技项目 200631800005

“十一五”国家科技支撑计划项目 2006BAF02A00

详细信息
    作者简介:

    郑木莲(1977-),女,山东蒙阴人,长安大学副教授,工学博士,从事道路结构与材料研究

  • 中图分类号: U414.1

Load stress analysis of concrete base for durable asphalt pavement with 3D finite element model

More Information
    Author Bio:

    ZHENG Mu-lian(1977-), female, associate professor, PhD, +86-29-82334846, zhengmulian@163.com

  • 摘要: 为了分析各因素对耐久性沥青路面混凝土基层荷载应力的影响, 建立了三维有限元模型, 确定了计算参数, 通过正交设计法安排参数组合, 计算混凝土基层底面的荷载应力, 并对计算结果进行极差与方差分析。分析结果表明: 混凝土基层底面荷载应力随沥青面层厚度增大总体呈减小趋势, 但减小幅度不大, 随基层厚度增大而减小, 随基层模量增大而增大, 随地基模量增大显著减小, 面层模量变化对基层荷载应力几乎无影响; 置信概率为95%时, 对基层荷载应力有显著影响的因素是地基模量、基层模量和基层厚度, 当置信概率为90%时, 地基模量、基层模量、基层厚度和面层厚度影响的显著性依次减小。

     

  • 图  1  耐久性路面结构

    Figure  1.  Durable pavement structure

    图  2  轮载平面

    Figure  2.  Plane of wheel load

    图  3  临界荷位处轮载

    Figure  3.  Wheel load at critical load position

    图  4  计算模型

    Figure  4.  Calculation model

    图  5  有限元网格

    Figure  5.  Finite element meshes

    图  6  基层垂直行车方向的受力

    Figure  6.  Base stress at vertical running direction of vehicle

    图  7  基层沿行车方向的受力

    Figure  7.  Base stress along running direction of vehicle

    图  8  因素的影响

    Figure  8.  Influences of factors

    表  1  主要计算参数

    Table  1.   Main calculation parameters

    结构层 厚度/cm 弹性模量/MPa 泊松比
    沥青混凝土面层 5~20 600~2 200 0.25
    混凝土基层 12~30 8 500~35 500 0.15
    地基 50~950 (计算回弹模量) 0.30
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    表  2  因素与水平

    Table  2.   Factors and levels

    因素 面层厚度/cm 面层模量/MPa 基层厚度/cm 基层模量/MPa 地基模量/MPa
    水平 1 6 600 15 10 000 100
    2 9 1 000 18 15 000 300
    3 12 1 400 21 20 000 500
    4 15 1 800 24 25 000 700
    5 18 2 200 27 30 000 900
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    表  3  荷载应力与极差

    Table  3.   Load stresses and maximum differences

    试验号 面层厚度水平 面层模量水平 基层厚度水平 基层模量水平 地基模量水平 空列 σp/MPa
    1 1 1 1 1 1 1 1.199 7
    2 1 2 2 2 2 2 0.772 4
    3 1 3 3 3 3 3 0.625 9
    4 1 4 4 4 4 4 0.537 2
    5 1 5 5 5 5 5 0.472 7
    6 2 1 2 3 4 5 0.580 9
    7 2 2 3 4 5 1 0.520 4
    8 2 3 4 5 1 2 1.176 1
    9 2 4 5 1 2 3 0.442 7
    10 2 5 1 2 3 4 0.611 3
    11 3 1 3 5 2 4 0.906 3
    12 3 2 4 1 3 5 0.382 0
    13 3 3 5 2 4 1 0.364 2
    14 3 4 1 3 5 2 0.512 0
    15 3 5 2 4 1 3 1.332 2
    16 4 1 4 2 5 3 0.351 3
    17 4 2 5 3 1 4 0.858 2
    18 4 3 1 4 2 5 0.970 1
    19 4 4 2 5 3 1 0.753 0
    20 4 5 3 1 4 2 0.316 6
    21 5 1 5 4 3 2 0.521 5
    22 5 2 1 5 4 3 0.703 6
    23 5 3 2 1 5 4 0.294 9
    24 5 4 3 2 1 5 0.845 1
    25 5 5 4 3 2 1 0.580 3
    β1j 3.607 9 3.559 7 3.996 7 2.635 9 5.411 3 3.417 6
    β2j 3.331 4 3.236 6 3.733 4 2.944 3 3.671 8 3.298 6
    β3j 3.496 7 3.431 2 3.214 3 3.157 3 2.893 7 3.455 7
    β4j 3.249 2 3.090 0 3.026 9 3.881 4 2.502 5 3.207 9
    β5j 2.945 4 3.313 1 2.659 3 4.011 7 2.151 3 3.250 8
    Rj 0.662 5 0.469 7 1.337 4 1.375 8 3.260 0 0.247 8
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    表  4  正交表的方差分析

    Table  4.   Variance analysis of orthogonality chart

    考核指标 方差来源 离差平方和Sj 自由度fj 方差Sj F 临界值
    σp 面层厚度 0.051 9 4 0.013 0 5.638 9 F0.95 (4, 4) =6.59
    F0.90 (4, 4) =4.11
    面层模量 0.025 9 4 0.006 5 2.816 0
    基层厚度 0.232 4 4 0.058 1 25.266 1
    基层模量 0.285 8 4 0.071 5 31.066 2
    地基模量 1.342 6 4 0.335 7 145.935 0
    空列 0.009 1 4 0.002 3
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  • 收稿日期:  2007-12-25
  • 刊出日期:  2008-08-25

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