基于有限元分析的水泥混凝土面板脫空的驗(yàn)證模型

《基于有限元分析的水泥混凝土面板脫空的驗(yàn)證模型》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、◎基于有限元分析的水泥混凝土面板脫空的驗(yàn)證模型汪翔，李野，吳文彪(同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；連云港市市政綠化養(yǎng)護(hù)管理中心)摘要：板底脫空是水泥混凝土路面的常見(jiàn)病害之一，但進(jìn)行有效的評(píng)定相對(duì)困難。提出采用有限元分析軟件ANSYS10．0建立評(píng)價(jià)水泥混凝土面板脫空的計(jì)算驗(yàn)證模型，并結(jié)合FWD彎沉實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算出的彎沉值的關(guān)系，來(lái)判定某處是否發(fā)生了脫空。最后結(jié)合黑龍江某高速公路的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該模型的正確性。關(guān)鍵詞：有限元；脫空；水泥混凝土路面；驗(yàn)證模型0引言(如圖1)單元常用于三維固體結(jié)構(gòu)的模擬。此單元板底脫空是水泥混凝

2、土路面的常見(jiàn)病害之一。路具有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有三個(gè)自由度，可以在X、面板下出現(xiàn)了脫空，在荷載的作用下，脫空部位的邊緣y和Z三個(gè)方向上移動(dòng)。SOLID45單元可以用來(lái)分會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于早期出現(xiàn)的脫空病害不能析塑性、蠕變、應(yīng)力強(qiáng)度、大變形與大應(yīng)變等問(wèn)題。從路表得到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，且路面在使用過(guò)程中脫空會(huì)本文采用該單元模擬水泥混凝土路面板塊。運(yùn)用過(guò)逐步發(fā)展，再加上重車交通的荷載重復(fù)作用，最終導(dǎo)致程中SOLID45單元不需要額外設(shè)置參數(shù)，只需把混路面板的斷裂，影響路面的行車狀況。因此，判斷路面凝土板的彈性模量E和泊松比同時(shí)賦予混凝土板板

3、下是否存在脫空顯得尤為重要。但根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外即可。的分析研究表明，要準(zhǔn)確有效地進(jìn)行水泥混凝土路面板下脫空狀況的評(píng)定是很困難的。本文應(yīng)用ANSYS分析軟件，依據(jù)實(shí)際需要判定的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立路面及地基支撐模型。以板角為例，假定在板角或板中存在一定面積的脫空，施加的荷載與FWD實(shí)測(cè)時(shí)相同，之后在ANSYS分析軟件的后處理中查看檢測(cè)點(diǎn)的彎沉值；如果FWD的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的中心處彎沉值超過(guò)或等于軟件計(jì)算出的彎沉值，可以初步斷定FWD的實(shí)測(cè)路面板區(qū)域下方圖1混凝土SOLID45單元模型存在與假定形狀面積相當(dāng)?shù)拿摽眨蛘叽嬖诖笥诩俣摽彰娣e的脫空。經(jīng)工

4、程實(shí)例驗(yàn)證，利用該方法(2)彈簧一阻尼單元COMBIN14。本文采用溫能夠快速評(píng)價(jià)水泥混凝土路面是否存在板下脫空，克勒地基模型，在ANSYS建模過(guò)程中使用彈簧基并評(píng)估脫空的面積。礎(chǔ)，類型為COMBIN14彈簧一阻尼單元(如圖2)，可應(yīng)用于模擬一維、二維或三維空間在縱向或扭轉(zhuǎn)的1ANSYS脫空驗(yàn)證模型的建立彈簧一阻尼效果。該單元承受單向受拉或受壓，每本研究數(shù)值分析采用有限元分析軟件ANSYS個(gè)節(jié)點(diǎn)可具有X、y和z位移方向的自由度，不考慮10．0。現(xiàn)將建模過(guò)程介紹如下。彎曲及扭轉(zhuǎn)。用COMBIN14不需設(shè)置單元參數(shù)中的1．1單元類型的選擇阻

5、尼系數(shù)，只須設(shè)置一下彈性系數(shù)即可。本文采用(1)混凝土SOLID45單元。ANSYS的SOLID45此單元的特性來(lái)模擬溫克勒地基模型的基礎(chǔ)。收稿日期：2011-03—11No．22011土姥13◎s一?一sZ圖4地基彈簧支撐圖圖2彈簧一阻尼單元COMBIN14模型(3)接觸方式。除脫空位置外，水泥混凝路板1．2驗(yàn)證模型的建立底與路基基礎(chǔ)的其他位置均采川完接觸。本研究利用有限元分析軟件ANSYS10．0創(chuàng)建(4)模型脫空處理方法?？梢詫⒚撟湮恢锰幠M驗(yàn)證分析模型。驗(yàn)證模型主要包含：混凝土路面板和Winkier地基的)MBIN14單_兀的彈

6、性系數(shù)沒(méi)為0，路基基礎(chǔ)?；蚪ㄍ昴Ｐ秃髮⒓僭O(shè)脫空位置處的L’()MBINl4彈簧(1)混凝土路面板?；炷谅访姘宀捎肧OLID45單元?jiǎng)h除。以上兩種方法均可以將地基支撐為單元進(jìn)行單元?jiǎng)澐?。為了增加?jì)算精度，長(zhǎng)、寬方向?qū)?，從而達(dá)到模擬脫空的效果。每個(gè)單元的尺寸定位為0．05m，厚度方向劃分為層。采取一邊完全約束、三邊自由的約束方式。2工程實(shí)例(2)路基基礎(chǔ)。本文采用溫克勒地基基礎(chǔ)模擬，并本文采用黑龍江省工程質(zhì)量道橋檢測(cè)中心于采用C()MBIN14建立winkler基礎(chǔ)彈簧。COMBIN142007年9月26日對(duì)黑龍汀省某高速公路水泥混凝土

7、彈簧單元的兩端需要有節(jié)點(diǎn)連接，一個(gè)連接在水泥混路面的FWD彎沉檢測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。凝土板的節(jié)點(diǎn)上，另一個(gè)的邊界條件為全約束。有限2．1路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)元的計(jì)算中，土基只能取有限尺寸。為確定半無(wú)限體根據(jù)這條高速公路的實(shí)際設(shè)汁數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)取厚度取值問(wèn)題，可以選用不同深度的均值體有限元解芯，并考慮模擬實(shí)際的路面結(jié)構(gòu)。路血結(jié)構(gòu)層的材料和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于靜態(tài)問(wèn)題，參數(shù)采用如下數(shù)據(jù)：當(dāng)厚度取值大于6m，兩者的撓度接近；對(duì)于FWD的混凝土板：E===30000MPa。一0．15；路面板度：沖擊荷載，沿深度擴(kuò)展到12m基本可

8、滿足計(jì)算要求。H一0．24m，長(zhǎng)度：j一5．0m，寬度：W一4．5ITI；地叢反因此。靜態(tài)問(wèn)題厚度取值應(yīng)大于6m。考慮到FWD為應(yīng)模量：K一500MPa／m；衙載：I一50kN。茼載作川、動(dòng)態(tài)測(cè)試彎沉，本模