特载车辆下花岗岩路面有限元分析.pdf

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1、道路与交通工程器Road&TrafficEngineering特载车辆下花岗岩路面有限元分析王鑫，高应振(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京100082)摘要：结合龙马巡游项目路面核算的实例，介绍了特载车辆下花岗岩路面核算的思路及过程，并就特载车辆下路面核算的方法进行了思考和探讨．为今后同类工程提供参考。关键词：道路；路面；花岗岩；荷载；特载车辆；有限元分析中图分类号：U416．03文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)06—0017-04FiniteElementAnalysisofGran

2、itePavementunderSpecialLoadVehiclesWangXin，GaoYingzhen1工程背景在城市中，经常会出现大吨位的特载车辆驶过路面的情况。通常情况下，特载车辆沿线经过的桥梁结构会被重点核算。但路面结构的核算往往容易被忽视。石材结构路面．一旦发生断裂或滑移破坏，很可能造成车轮陷入．影响车辆行驶，严重的将威胁车辆及人身安全。因此，如何对此类结构进行全面有效地分析是笔者将要研究的问题。龙马巡游项目是2014年10月为了纪念中法建交50周年在北京市举行的庆祝活动。活动地点为奥林匹克公园中心区

3、．龙马和蜘蛛拖车巡游路线主要涉及中轴大道的南一路至中一路区段的路面结构。为确定结构能否满足车辆行进的安全要求．对路面结构的承载能力、正常及极限使用状态的应力进行验算和比对分析。2特载车辆的技术参数在进行计算分析前，首先应研究特载车辆的规格、形式及相应的荷载和尺寸．以确定其最不利状况，并进行分析。龙马及蜘蛛拖车前后轮距如图1、2所示。3路面结构形式及荷载作用位置在得到荷载车辆的轮距、轮胎尺寸及各轮的荷载分配以后．需要进一步确定行进路线上的步道砖的平面尺寸、厚度及受压位置，并从诸多可能中选出最不利工况进行分析。中轴路花

4、岗岩石材铺装如图3所示。龙马拖车最不利重轮为中支撑轮(特殊形态下25．6／2t)，作用位置为边步道砖。蜘蛛拖车最不利重轮为前支撑轮(7．5t)，作用位置为中央步道砖。如图4、5所示。j■◆：3磐二lo800j2哆二二18叩：图2蜘蛛拖车前后轮距图示各轮荷载如表1所示。4结构验算采用有限元程序midasFEA对人行步道砖及其基层、垫层分别建立实体单元模型进行计算，面砖为花2015卑$6期(11一)第33卷啼荭鼓木17器道路与交通工程Road&TrafficEngineering浅灰色烧毛花岗岩浅灰色烧毛花岗岩浅灰色烧

5、毛花岗岩浅灰色烧毛花岗岩图3中轴路铺装平面图毒斗中轮羽4龙马拖车最不利重轮布置上!竺』，户半P■等等前轮图5蜘蛛拖车最不利重轮布置表1特载车辆最不利荷载分析拖车种类参数名称前轴中轴后轴岗岩石材，基层、垫层采用混凝土、二灰土，底部支撑以刚性支撑模拟，以平面静力荷载形式施加汽车车轮荷载作用于步道砖上，荷载组合按承载能力极限状态设计，组合系数按1．0考虑，模拟步道砖常见的基础承载力下降及特殊情况下基础脱空的受力状况，并充分考虑结构厚度及材质组合，对设计方案的选择提供充足的计算数据支持。该次计算分析选取的主要结构组合类型如

6、表2所示。18啼荭投术2015No．6(Nov．)V01．33表2最不利荷载对应的路面结构组成j整至壁耋。鎏．：i．jj笙塑塑盒耋型二：．。二龙驰车水嚣焉兰戮裟裟m蜘蛛拖车水：麓烹悉裟尝嬲兰塞m4．1地基土软弱验算考虑到路面已使用6年．地基刚度及密实度有可能已不均匀，重载之下易造成路面沉陷，对此种情况进行核算。工况1：龙马车轮位于150砖中心处。按步道砖与地基全接触，地基土弹簧标准刚度取2×105kN／m3进行计算，计算结果如图6所示。攀豢一谴i豢!、i，_——夕i篱J厂图6工况1地基刚度计算结果地基刚度验算结果如

7、表3所示。表3工况1地基刚度验算结果℃趸瓢‘‘=竺瓤一嚣=一．二一慨8I誊薹标准刚度的10倍标准刚度标准刚度的50％标准刚度的10％2x1062x105lxl052x1040．0800．3820．7483．7900．5260．5350．54l0．5371．3251．3471．36l1．351O．1080．12l0．1230．124由计算结果可知，结构变形及材料拉应力尚在安全范围内。工况2：龙马车轮位于150砖边缘处。按步道砖与地基全接触，地基土弹簧标准刚度取2X105kN／m3进行计算．计算结果如图7所示，地基刚度

8、验算结果如表4所示。由计算结果可知，结构变形及材料拉应力尚在安全范围内。工况3：蜘蛛车轮位于250砖中央。道路与交通工程器Road&TrafficEngineering。、4．2二灰层软弱验算"誊i考虑到路面已使用6年，二灰层刚度及密实度有j：：奠可能已不均匀，重载之下会造成路面沉陷，对此种情：。：：况进行核算。I-：’7工况1：龙马拖车。按步道砖与地基全接