【交通运输】第十章 路面结构的力学分析
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路面结构的认识
路面结构是指道路表面的材料、构造和层次,是道路工程中的一个重要组成部分。
路面结构的主要目的是为了保证道路的平整、稳定和舒适性,以满足交通运输的需求。
路面结构包括多层结构,一般由基层、下面层、上面层和面层组成。
不同层次的材料和结构设计根据道路的不同功能和使用要求来确定。
基层是路面结构的最底层,主要负责分散和承受车辆荷载,并传导到路基。
常用的基层材料包括砂石、碎石等。
基层的设计要考虑地基的支撑能力和排水性能。
下面层是处于基层和上面层之间的一层结构,也称为支撑层。
下面层的作用是增加路面的稳定性和承载能力,通常使用填土或紧实土等材料进行铺设。
上面层是处于下面层和面层之间的一层结构,主要作用是平整路面、增加平稳性和驾驶的舒适性。
上面层的材料可以选择沥青混凝土、水泥混凝土等。
面层是道路表面最上方的一层,是人车直接接触的部分,所以面层要求具有良好的抗滑性、耐磨性和降噪性能。
常用的面层材料有沥青混凝土、改性沥青等。
路面结构的设计需要考虑交通量、车速和地理环境等因素,以确保路面的使用寿命和安全性。
合理的路面结构能够提高道路的运行效率、减少交通事故发生率,并延长道路的使用寿命。
路面结构受力分析及疲劳寿命预估摘要:在本文中,笔者计算了两种路面结构在基层模量的变化下对面层影响,并得出水泥稳定碎石及二灰碎石层适宜的模量及厚度。
相比之下,模型A在应力控制方面明显优于模型B,为今后工程提供借鉴经验。
关键词:基层模量水泥稳定碎石应力控制路面结构的受力分析半刚性基层材料不同于沥青混合料,在重复荷载作用下其力学性质具有本身的特征。
半刚性材料层的特点是,其控制应力或控制应变的是拉,并通常位于半刚性层的底面[1]。
根据半刚性材料的力学特性和车轮荷载在路面中产生的应力的分析,可以知道,当半刚性基层下的底基层也是半刚性材料时,在半刚性基层底面产生的拉应力往往较小,相对于半刚性基层材料的弯拉强度,只是一个小的应力水平,通常不会引起半刚性基层产生弯拉疲劳破坏;直接位于土基上的半刚性底基层的底面却往往可能遭受较大的车轮荷载引起的拉应力,特别在土基较软的情况下拉应力更大,也就是底基层的底面会遭受到较大的力反复作用,从而引起弯拉疲劳破坏[2~4]。
因此,往往需要检验半刚性底基层是否可能遭受弯拉疲劳破坏。
本课题对振动成型设计方法的半刚性基层沥青路面进行结构的受力分析,把个面层层底、基层层底及底基层层底的拉应力做为分析指标,采用公路路面设计系统(HPDS 2006)来计算各结构层的层底拉应力。
路面结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算,并假定各结构层间接触为完全连续。
路面结构层的设计将前面进行疲劳试验的振动成型方式的水泥碎石及二灰碎石混合料应用于路面结构中,本课题设计的路面结构采用六层体系,分别为:细粒式沥青混凝土(AC-13)上面层,中粒式沥青混凝土(SUP-20)中面层,粗粒式沥青混凝土(SUP-25)下面层,半刚性基层,二灰土底基层和土基。
本课题采用了两种路面结构类型:(1)水泥稳定碎石做上基层,二灰碎石做底基层,为结构类型A,如表6.1;(2)二灰碎石做上基层,水泥稳定碎石做底基层,为结构类型B,如表6.2。
路面结构的力学分析路面结构力学分析是指对路面结构进行力学研究,包括路面结构的受力分析、变形分析、稳定性分析等,以评估路面结构的耐久性、安全性和性能是否符合规范要求,为路面工程设计和施工提供科学依据。
静力分析是指在路面所受到的静态荷载作用下,通过解析或数值计算方法求解路面结构的内力、应力和变形。
其基本假设是路面是一个均匀连续的弹性体,其材料力学性质服从线弹性理论。
通过力学原理和边界条件,可以建立路面结构的受力方程,采用解析或数值方法求解。
静力分析可以确定路面结构的强度和稳定性,为路面结构的设计提供理论依据。
动力分析是指在路面所受到的动态荷载作用下,研究路面结构的振动特性和动态响应。
动力分析考虑路面结构的固有振动频率、模态形态、动态力学性能等,以预测路面结构的动态响应和疲劳性能。
动力分析通常采用有限元法或响应谱法,根据实际荷载作用和路面结构的频率特性进行动力计算,从而评估路面结构的抗震、抗风、舒适性等性能。
路面结构的变形分析是指研究路面所受到荷载作用下的变形情况,包括垂直变形、平面位移和横向变形等。
变形分析可以评估路面结构的变形性能和稳定性,为路面结构设计提供变形控制和稳定性评价的依据。
变形分析通常采用非线性有限元法,考虑路面材料的非线性弹性和破坏性能,以及荷载作用的时间依赖性,对路面结构的变形进行计算和分析。
路面结构的稳定性分析是指研究路面所受到负荷作用下的稳定性和破坏机制。
它包括静态稳定性分析和动态稳定性分析。
静态稳定性分析用于评估路面结构在静态荷载作用下的稳定性,主要考虑路面材料的强度、受力形式和变形特征等因素。
动态稳定性分析用于评估路面结构在动态荷载作用下的稳定性,主要考虑路面结构的固有振动频率、模态形态和动态响应等因素。
综上所述,路面结构的力学分析是为了确定路面结构的受力、变形、稳定性和动态响应等性能,并为路面工程的设计和施工提供科学依据。
它涉及静力分析、动力分析、变形分析和稳定性分析等多个方面,需要采用合适的理论模型和计算方法进行研究。