道路的基层、垫层模量与应力之间的关系
面层与基层层间摩擦系数对应力强度因子影响的研究
Abstract：Cracking is a major problem in the asphalt concrete pavement. Based on the linear fracture mechanics， the distribution discipline of the stress intensity factor (SIF) under the changed temperature is studied by the plane strain FEM of ABAQUS software when the surface cracks or the reflective cracks exist in the asphalt pavement on the semi-rigid base. It is obtained that the SIF increases with the length of the surface crack or the reflective crack enlarging in the asphalt pavement. The SIF decreases with the friction coefficient rising when the surface crack tip lies in the surface layer and increases with the friction coefficient rising when the surface crack tip lies in the base. For the asphalt pavement with reflective crack，the SIF decreases with the friction coefficient rising when the reflective crack tip lies in the base. The SIF increases with the friction coefficient rising when the reflective crack tip lies in the base and the reflective crack length is less than a certain value. The SIF decreases with the friction coefficient rising when the surface crack tip lies in the base and the reflective crack length is more than a certain value. Key words：highway engineering；asphalt pavement；stress intensity factor；finite element method；surface cracking；reflective cracking；temperature distribution；friction
混凝土路面板下地基应力分布的研究
混凝土路面板下地基应力分布的研究一、引言混凝土路面板是公路路面的重要组成部分，对于公路的安全、舒适和寿命都有着至关重要的影响。
而混凝土路面板下的地基则是承载路面荷载的关键环节。
因此，研究混凝土路面板下地基应力分布，对于提高公路路面的承载能力和延长公路使用寿命具有重要的意义。
二、混凝土路面板下地基应力分布的影响因素1.路面荷载路面荷载是影响混凝土路面板下地基应力分布的主要因素。
路面荷载的大小和分布方式决定了地基内应力的分布情况。
2.地基土壤的力学特性地基土壤的力学特性也是影响混凝土路面板下地基应力分布的重要因素。
地基土壤的压缩模量、剪切模量、泊松比等参数会直接影响到地基内应力的分布情况。
3.地基的形状和深度地基的形状和深度也会直接影响到地基内应力的分布情况。
地基形状的不同会导致地基内的应力分布不同，地基深度的不同也会影响到地基内应力的分布情况。
三、混凝土路面板下地基应力分布的研究方法1.数值模拟数值模拟是一种常用的研究混凝土路面板下地基应力分布的方法。
通过建立混凝土路面板和地基的有限元模型，可以模拟出路面荷载作用下地基内应力的分布情况。
2.现场测试现场测试是一种比较直接的研究混凝土路面板下地基应力分布的方法。
通过在实际公路路面上安装应变计、位移计等测试仪器，可以直接测量出路面荷载作用下地基内应力的分布情况。
四、混凝土路面板下地基应力分布的研究进展1.数值模拟研究目前，国内外学者已经利用数值模拟研究了混凝土路面板下地基应力分布的规律。
如中国科学院半导体所的王伟等人通过有限元模拟，研究了路面荷载作用下混凝土路面板下地基内应力的分布规律。
结果表明，在路面荷载作用下，地基内应力的分布呈现出明显的“拱形”特征。
2.现场测试研究现场测试研究混凝土路面板下地基应力分布的方法也得到了广泛应用。
如美国交通部的研究人员利用应变计和位移计等测试仪器，在实际公路路面上进行现场测试，研究了路面荷载作用下地基内应力的分布情况。
ANSYS经典实例汇集(共72个例子)
47.非线性分析考虑刚度退化 .............................................................................................237 48.一个圆形水池的静力分析 .............................................................................................238 49.ANSYS 中混凝土模式预应力模拟的算例......................................................................239 50.悬臂梁受重力作用发生大变形求其固有频率.............................................................241 51.循环对称结构模态分析.................................................................................................243 52.三角平台受谐波载荷作用的结构响应.........................................................................245 53.三角平台受一地震谱激励的应力分布和支反力.........................................................247 54.三角平台受时程载荷作用的应力分布和变形过程.....................................................249 55.经典层合板理论.............................................................................................................251 56．定易圆轨迹的例子.......................................................................................................258 57．模拟门式刚架施工－单元生死...................................................................................258 58．钢筋混凝土整体式模型例子.......................................................................................261 59．在荷载步之间改变材料属性例子...............................................................................263 60．含预应力的特征值屈曲计算.......................................................................................264 61．振型叠加计算及工况组合例子...................................................................................266 62．柱子稳定分析算（预应力，特征值屈曲，初始缺陷）...........................................269 63． module MConcrete !混凝土模板 ............................................................................272 64.混凝土开裂实例.............................................................................................................280 65．螺栓网格划分...............................................................................................................281 66．自由液面的土石坝平面渗流分析...............................................................................282 67．导出刚度矩阵...............................................................................................................286 68．某混凝土拱坝工程施工期及运行期温度场仿真分析...............................................287 69．移动温度荷载计算.......................................................................................................294 70．SHSD 用于壳-实体装配实例 An .................................................................................296 71．ansys 显示－隐式－回弹分析实例 .........................................................................300 72．工况组合的经典例子...................................................................................................315
高速公路路面结构设计与应力分析
高速公路路面结构设计与应力分析随着车辆数量的不断增加，高速公路已经成为人们日常出行的主要方式之一。
而这些高速公路以其平整、宽阔的路面来保证了车辆的安全通行。
但是，我们是否了解高速公路路面的结构设计和应力分析呢？本文将介绍高速公路路面结构设计与应力分析的相关知识。
一、高速公路路面结构设计高速公路路面结构设计是一个复杂的系统工程，它主要由路基、基层、面层等组成。
不同的地区根据不同的气候条件、地质条件和车流量要求，其路面结构设计也会有所不同。
1. 路基路基是高速公路路面的基础，它承受着车辆荷载和自然条件的作用。
根据地质条件的不同，路基的厚度也会有所不同。
一般来说，路基的深度在1.0~3.0m之间。
2. 基层基层是路面基础结构的主要组成部分，主要承受着车辆荷载的作用。
在基层的选择上，目前主要有水泥稳定砼、沥青混凝土、碎石等，这些都是经过实践验证的结构材料。
3. 面层面层是车辆行驶的部分，它的主要作用是提供舒适的行驶体验。
一般来说，面层的结构材料有沥青混凝土、水泥混凝土、沥青空心板等，其中沥青混凝土是最为常见的结构材料，因为其具有良好的弹性和防滑性能。
二、高速公路路面应力分析高速公路路面的应力分析是为了保证其载荷承受能力和使用寿命。
一般来说，车辆荷载和环境荷载是影响路面应力的主要因素。
1. 车辆荷载车辆荷载是路面应力的主要因素，其大小直接影响着路面的承载能力。
在路面应力分析中，通常会采用有限元分析，通过对车辆荷载的模拟和计算，得出路面的应力分布情况。
2. 环境荷载环境荷载包括气温、湿度、风速等，这些对路面的影响主要是通过季节变化和自然灾害来表现的。
如在夏季高温时，路面受到热胀冷缩等影响也会导致路面应力的增加。
3. 路面材料性能路面材料的性能直接影响着路面的承载能力。
一般来说，路面材料的性能包括强度、硬度、韧性、滑移阻力等，这些性能需要在路面应力分析中得到充分考虑。
三、结论综上所述，高速公路路面结构设计与应力分析是保证高速公路安全顺畅运行的重要因素。
路基路面工程思考题
答：路基：路基是在天然地表面按照道路的设计线形(位置)和设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或者堆填而成的岩土结构物。
路面：路面是在路基顶面的行车部份用各种混合料铺筑而成的层状结构物。
作用：路基是路面结构的基础，坚固而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，而路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。
基本性能要求:①承载能力(包括强度和刚度)；②稳定性；③耐久性；④表面平整度；⑤表面抗滑性能。
答：①地理条件；②地质条件；③气候条件；④水文和水文地质条件；⑤土的类别。
答：我国公路用土依据土的颗粒组成特征，土的塑性指标和土中有机质存在的情况，分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类。
答：我国地域辽阔，又是一个多山的国家，从北到南分处于寒带、温带和热带。
从青藏高原到东部沿海高程相差 4000m 以上，因此自然因素变化极其复杂。
不同地区自然条件的差异同公路建设有密切关系。
为了区分各地自然区域的筑路特性，进行了公路自然区划。
原则：①道路工程特征相似的原则；②地表气候区划差异性的原则；③自然气候因素既有综合又有主导作用的原则。
答：①大气降水；②地面水；③地下水；④毛细水；⑤水蒸气凝结水；⑥薄膜移动水。
答：沿路基深度浮现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或者气态由热处向冷处挪移，并积聚在该处，积聚的水冻结后体积增大，使路基拱起而造成面层开裂，使路面遭受严重破坏答：分为四类，干燥、中湿、潮湿和过湿。
要求：路基保持干燥或者中湿状态。
答：按不利季节路槽底面以下 80cm 深度内土的平均稠度确定。
答：用路基临界高度作为判别标准。
答：稠度 w 定义为土的含水率 w 与土的液限 w 之差与土的塑限 w 和液限 w 之差C L P L的比值。
答：与分界稠度相对应的路基离地下水或者地表积水水位的高度称为路基临界高度 H。
答：由行车道、硬路肩和土路肩组成。
通常分为槽式横断面和全铺式横断面。
路基基础底面拉应力分布的有限元分析
路基基础底面拉应力分布的有限元分析摘要：为控制路基基础底面拉应力，文中提出了在路基底部设置扩大基础的路基设计思路，并通过有限元计算，对加设基础后的路基结构进行应力分析，并基于分析结论，提出路基结构设计指导意见。
关键词：路基结构，拉应力，因素分析，结构设计，指导意见Abstract: for control of subgrade foundation underside tensile stress, is put forward in this paper based on the bottom of the subgrade set expand roadbed design ideas, and through the finite element calculation, adding the foundation of the structure of the subgrade stress analysis, based on the analysis and conclusion, puts forward the structure design of roadbed guidance.Keywords: embankment structure, stress, factor analysis, structure design, guidance0 概述桥头跳车一般都归结为台背路基填筑的沉降问题，而路基沉降包括路堤沉降和地基的沉降，实践证明，只要选择合适的台背填料并严格施工控制，台背路基本身的压缩变形可以忽略不计，就是说，台背沉降主要是由于地基沉降造成的，而地基的沉降又是由于高路堤和上部荷载的压力造成。
目前，施工过程中多采用加固地基尽可能提高地基承载力，从而减小沉降做法，但往往要耗费大量的物力财力，如果能使地基顶面的压力减小到最小，那么仅需对地基稍加处理就可以达到有效降低台背沉降的目的，不但方便了施工，而且经济效益也十分明显。
最新刚性路面中的应力构成及影响因素分析
刚性路面中的应力构成及影响因素分析刚性路面中的应力构成及影响因素分析摘要：刚性路面中的应力构成主要可分为两方面：荷载应力和温度应力。
影响荷载应力主要因素有：（1）使用年限内各级轴载在设计车道内的累计重复作用；（2）荷载作用在混凝土板的位置；（3）接缝传荷能力。
混凝土板内便产生胀缩应力或翘曲应力，统称为温度应力。
关键词：累计重复作用荷载作用位置传荷能力胀缩应力翘曲应力1.引言刚性路面在经受行车荷载重复作用的同时，还经受周围气温周期性变化的影响。
也即，混凝土面层的损坏不仅荷载重复作用的结果，还是周期性变化的温度应力重复作用的结果。
因此，刚性路面中的应力构成主要可分为两方面：荷载应力和温度应力。
2.荷载应力及其影响因素分析荷载在混凝土面层内产生的应力，称为荷载应力，可采用弹性半无限地基上弹性薄板的力学模型和有限元法进行分析。
影响荷载应力主要因素有：（1）使用年限内各级轴载在设计车道内的累计重复作用；（2）荷载作用在混凝土板的位置；（3）接缝传荷能力。
2.1使用年限内各级轴载在设计车道上的累计重复作用分析各级轴载的重复作用次数按等效疲劳断裂的原则换算为某一标准轴载的作用次数，而后计算此标准轴载的累计疲劳损坏作用。
利用有限元法分析得到的应力数值回归而成的应力公式：σp =A·l o m P/h2式中：P——轴载（单轴重或双轴总重）（KN）h——面层板厚度（cm）——相对刚度半径（cm）loA、m和n——回归系数然后可推演出轴载等效公式：Ns＝α（Pi/Ps）16·Ni式中：Ps和Ns——标准轴载（单轴）和作用次数；Pi和Ni——换算轴载和作用次数；α——换算系数，换算轴载为单轴时，α＝1；换算轴载为双轴时，可近似取为α＝1.46×10-5P-0.3767再利用标准轴载累计作用次数公式:/γN=[(1+γ)t-1]×365·N1式中：N1——初始年标准轴载的平均日作用次数；t——设计年限；γ——设计年限内交通量年平均增长率（以小数表示）。
浅析水泥混凝土路面路基应力问题
浅析水泥混凝土路面路基应力问题[摘要]水泥混凝土路面结构的损坏除了它本身的原因之外，路基的变形是导致路面结构损坏的重要原因之一。
路基是路面结构的支撑体，车轮荷载通过路面结构传到路基，所以路基的应力特性对路面结构的整体强度与刚度有着极为强烈的影响。
所以必须要对水泥混凝土路面路基的应力进行深入分析。
[关键词]浅析；水泥混凝土路面；路基；应力由于水泥混凝土路面具有着刚度大、荷载扩散能力强和稳定性好等特点，在我国的公路建设中得到了最为广泛的应用。
但在混凝土路面在我国公路建设中也暴露出一些问题，例如，水泥混凝土路面在运行一段时间后出现了不同程度的损坏，如路面开裂、路面错台等现象的发生。
不仅影响着水泥混凝土路面的实用性和耐久性，还对过往车辆和行人的安全产生隐患。
所以必须深入分析路面与路基结构以及影响路面结构的因素。
一、研究现状及存在问题（一）目前研究现状路基是混凝土路面与行车荷载的支撑体系，由于面层混凝土具有刚度大和板体性强等特点，所以面板混凝土也同时具有良好的荷载扩散能力，通常情况下认为荷载传到路基顶面的时候，应力会很小。
但是，由于经济社会的快速发展，交通运输业和汽车工业得到良好的发展，车辆的轴承不断增加；而同样由于经济发展公路运输车辆超载现象越来越多，超载数量也在不断增加，所以现在水泥混凝土路面所承受的车辆荷载也在不断增加，导致路基应力和分布深度的不断提高和扩大。
（二）目前研究中存在的问题由于路基土具有明显的应力依赖性，路基的性能，也就是回弹模量和压缩变形等会随着应力状况的改变而随之改变。
然而目前设计规定中，对于路基应力及产生影响并没有清楚认识到。
例如不考虑公路与荷载等级，而将路基工作区统一设定为0.8米：同时在路面结构中采用静态承载板法测定的回弹模量表示路基的抗变形能力，忽视路基应力状况的影响。
本文采用可以真实表现路基抗变形能力的动态回弹模量，如果需要在室内进行实验，应该采用动三轴实验来测定该指标，然后根据路基应力实际情况制定相匹配的加载应力组合；同时在进行路基变形分析时，需要详细掌握路基中荷载应力的分布情况，并根据此确定路基应力计算深度，因此，需要根据当前国内水泥混凝土路面的典型结构形式和交通荷载状况，深入分析路基的应力状况，确定其应力计算深度。
研究水泥混凝土路面板下地基模量合理取值的方法
研究水泥混凝土路面板下地基模量合理取值的方法一、背景介绍水泥混凝土路面是公路交通建设中主要的路面类型之一，具有承载能力强、耐久性好等优点。
在路面施工中，路面板下的地基是水泥混凝土路面的重要组成部分，地基的模量直接影响路面的性能和使用寿命。
因此，合理取值地基模量是水泥混凝土路面施工中的关键问题。
二、地基模量的定义和影响因素地基模量是指地基在单位应力作用下产生的应变值与应力值之比。
在水泥混凝土路面施工中，地基模量的大小受以下因素的影响：1.地基土层的类型和厚度。
2.地基土层的含水量和密度。
3.地基土层的压缩性和弹性模量。
4.路基填筑和压实的方法和质量。
5.路面板和地基之间的粘结强度。
三、地基模量合理取值的方法1.现场测试法现场测试法是通过在施工现场进行试验来测定地基模量值。
常用的测试方法有动力触探法、重型动力板载荷试验法、平板载荷试验法等。
这种方法能够直接反映地基模量的实际情况，但测试结果受现场环境和测试设备等因素的影响，测试误差较大。
2.经验取值法经验取值法是根据历史数据和经验公式来确定地基模量值。
这种方法适用于地质条件相似的地区，能够快速确定地基模量值，但是缺乏科学性，不适用于特殊地质条件的路段。
3.计算方法计算方法是通过计算得出地基模量值。
常用的计算方法有有限元法、反演法、解析法等。
这种方法能够较准确地预测地基模量值，但需要较高的技术水平和计算设备，计算成本较高。
四、地基模量的合理取值范围根据国家交通部公路工程验收规范的规定，水泥混凝土路面板下地基模量的合理取值范围为200-500MPa。
在实际施工中，应根据地质条件和现场测试结果等因素来确定具体的取值范围。
五、结论水泥混凝土路面板下地基模量的合理取值是水泥混凝土路面施工中的关键问题。
现场测试法、经验取值法和计算方法是常用的取值方法。
根据国家规范，地基模量的合理取值范围为200-500MPa。
在实际施工中，应根据地质条件和现场测试结果等因素来确定具体的取值范围。
路面结构的力学分析
4厘米以下的 剪应力 迅速减小
新 胎 7 0 0 kpa / 7 1 5 kg 新 胎 2 5 0 kpa / 7 1 5 kg 新 胎 3 9 0 kpa / 7 1 5 kg 旧 胎 3 9 0 kpa / 7 1 5 kg 旧 胎 5 3 0 kpa / 7 1 5 kg
-0.7 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000
H 2 h2 hi 2.4
i 3
n 1
Ei E2
计算面层地面弯拉应力时：
H 1 h j hi 4
i 1 j 1
Ei Ej
H 2 h j 1
i j 2
h
i
n 1
0.9
Ei E j 1
计算基层地面弯拉应力时：
Ei H 1 h2 hi 4 En2 i 1
面层特性对剪切应力的影响
0.40 0.38
max/MPa
面层模量越低，所承受的
0.36 0.34 0.32 0.30
凸 型分布 凹型分布 均匀分布
剪应力越大
面层模量变化，剪应力增 17－36％
τ
0.28 0.26 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
△E
基层底面弯拉应力变化
随着基层模量的增加,基
第六章
路面结构的力学分析
引言
多层弹性体轴对称模型的基本假定 弹性多层体理论解，计算方法 应力与位移分析 小结与设计考虑
一、引言
1.
2.
路面作为一类土木工程结构物，设计时必 然要考虑在荷载作用下的应力、应变大小， 这是结构设计的基础。路面作为一类土木 工程结构物，设计时必然要考虑在荷载作 用下的应力、应变大小，这是结构设计的 基础。 进行广泛的应力、应变分析，了解路面结 构的应力、变形分布，为路面结构组合设 计提供基础。
道路的基层、垫层模量与应力之间的关系
*DO,K, 1,12, 1 !12 layers
*DO,J, 1,16, 1 !16 rounds
*DO,I, 1,13, 1 !13 divides
n, 320*(K-1)+20*J+I , r_node(J)*SIN(THTA*(I-1)) , y_node(K) ,r_node(J)*COS(THTA*(I-1))
*ENDDO
!1.5.求解
FINISH
/SOLU
ANTYPE,0
NLGEOM,0
NROPT,AUTO, ,
EQSLV, , ,0,
PIVCHECK,1
SOLVE
FINISH
!!未完待续,继续执行 iteration.ans文件
*DIM,sigma1,ARRAY,5,16 !存放 sigma1 5x16 三轴试验中的单元的 σ1＝ss_elex +ss_elez
*DIM,sigma3,ARRAY,5,16 !存放 sigma3 5x16 三轴试验中的单元的 σ3＝ss_elex
*DIM,excal,ARRAY,5,16 !存放excal 5x16 本次计算得到的弹性模量值 excal
!材料号 17-32，基层单元的第二层，由内到外，一共 16 圈，材料号依次 17-32
*DO,I, 1,32, 1
MP, EX,I, EX2
MP,PRXY,I, PRXY2
MP,DENS,I, 0
*ENDDO
!材料 33-80，赋给垫层，在跌代中修正弹模大小
y_node(11)= -2.550
y_node(12)= -3.050
底基层特性对路面结构层附加应力的影响研究
ｓ ｕ ｂ ｂ ａ ｓ ｅ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｐ ａ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗ ａ ｙ
态； 基 层 和 底 基 层 处 于 受拉 状 态 ； 附加 应 力 在 路 面 结 构 中心 处 最 大 ， 向 两侧 逐 渐 减 小 ， 路 肩 处 附加 应 力 最 小 。 面层 、 基 层 内的 附加 应 力 随 底 基 层 模 量 和 厚 度 的 增 大 而 减 小 ； 底 基 层 的 附加 应 力 随底 基 层 模 量和 厚 度 的增 大 而 增 大 。
、
匀 各 性 的 弹 性 材 路面结 构 层假定 为均匀 、 台‘ 刚 。 工
公 路 路 面 的 不 均 匀 沉 降 兰
蔫
式 中 ： ｙ 为 施 加 一 在 路 面 鬈 上 裹 釜 ｉ 降 量
鬯 过
宽 度 ； 为 距 路 面 中 心 皇 水 同
第１ ０卷第 ５期
２ ０ １ ３年 １ ０月
现 代 交 通 技 术
Ｍｏ ｄ ｅ ｍ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
ＶＯ Ｉ ． １ ０ Ｎｏ． ５
Ｏｅ ｔ ．２ ０１ ３
底 基 层 特 性 对 路 面 结 构 层 附 加 应 力 的 影 响 研 究
ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ 】ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
软土地基路基不均匀沉降引起路面结构附加应力
长安大学学报 (自然科学版) Journal of Chang′an U niversity (N atural Science Edition)
V o l123 N o 13 M ay 2003
文章编号: 167128879 (2003) 0320021205
ΛB i+
Λ- 1 Α Ci
shΑy +
(1+ Λ) C iy chΑy +
(1+ Λ)D iy shΑy
(10)
以上式中, i= 1, 2, 3。 由图 3 可知, 面层的边界条件为
(Ρy1 ) y = 0 = 0
(11)
(
Σ1 xy
)
y=
0
=
0
(12)
Σ( ) 1
xy
x=
±B 2
=
0
(13)
底基层的边界条件为
软土地基上的路基普遍存在不均匀沉降变形问 题, 这种变形会对路面结构产生较大的影响, 并使其 产生较大的附加应力, 甚至这种附加应力有可能超过 行车荷载引起的应力, 从而使路面结构出现早期的破 坏, 如路面的沉陷、纵向裂缝、翻浆等。 很多资料表 明[1], 软土地基上路基的不均匀沉降都使路面结构产
22
示。
考虑到此结构关于 y 轴对称, 取一半结构 (图 3) 进行应力和位移方程推导, 设应力函数 Υ为[2～ 3]
图 3 对称路面结构分析模型
Υ= co sΑx (A m shΑy + B m chΑy + Cm y shΑy + D m y chΑy ) (2)
则满足相容方程 4Υ= 0。
基层模量对沥青混合料路面性能影响的力学分析
基层模量对沥青混合料路面性能影响的力学分析摘要:通过对典型路面结构三维有限元计算, 得出了在车辆荷载作用下不同基层模量沥青路面内应力场的分布状态, 进一步揭示了基层模量对路面车辙、剪应力及疲劳寿命的影响规律。
基层模量过大会加大面层车辙的深度, 使面层底部拉应力加大, 从而降低路面的疲劳寿命, 但是基层模量过小又不能形成足够的强度。
综合分析认为, 半刚性基层模量在1200～1600 MPa范围内是比较合理的。
关键词:基层模量；沥青混合料；路面性能；力学分析1 前言随着我国经济的快速发展以及交通量的不断增加, 对道路的要求也越来越高。
传统的沥青碎石、沥青贯入式路面已不能满足日益增长的交通需求。
而半刚性基层沥青混凝土路面由于具有良好的力学性能和行车舒适性而被广泛应用到高等级公路中。
据统计, 我国已建成的高速公路中, 90%以上使用的是半刚性基层沥青混凝土路面。
半刚性基层沥青混凝土路面虽然具有不可替代的优点, 但是十几年的使用经验证明, 这种路面经常发生拥包、推挤、车辙、开裂等病害, 说明依据弹性层状体系理论计算的弯沉值、沥青面层疲劳寿命结果与工程实践中得出的数据严重不符, 因此有必要对车辆荷载作用下沥青路面内应力场的影响因素进行分析，对设计方法中存在的不足之处加以完善, 这对于提高道路的使用质量具有重要的现实意义。
以往针对此方面的研究大都局限在面层, 而对基层的研究很少。
在半刚性基层沥青路面结构当中，基层是路面荷载的主要承重层，基层的强度和模量的大小直接关系到路面结构的承载能力的大小及路面的使用寿命。
本文利用有限元理论研究了基层模量对面层力学性能的影响规律, 可以为道路的设计提供一些理论依据。
通过对典型路面结构三维有限元计算, 得出了在车辆荷载作用下不同基层模量沥青路面内应力场的分布状态, 进一步揭示了基层模量对路面车辙、剪应力及疲劳寿命的影响规律。
基层模量过大会加大面层车辙的深度, 使面层底部拉应力加大, 从而降低路面的疲劳寿命, 但是基层模量过小又不能形成足够的强度。
ANSYS经典实例汇集(共72个例子)
模量对柔性基层沥青路面力学响应研究_李伟军
李伟军
( 石家庄市公路工程质量监督站，河北 石家庄 050000)
摘 要： 采用 ABAQUS 有限元软件建立三维沥青路面模型，模拟柔性基层沥青路面在不同的结构层模量组合下的力学
响应，研究结构层模量对柔性基层沥青路面的力学响应 ( 应力、应变和位移) 。结果表明: 沥青路面结构层模量对柔
7 5 6 30 700 1200 500 45 0. 25 0. 25 0. 21000 45 0. 25 0. 25 0. 25 0. 35
3 沥青路面结构层模量对路面力学响应
采用 ABAQUS 有限元软件计算轮隙中心处各测点 的应力、应变和位移量。柔性沥青路面在不同工况下 模拟计算出的数据如表 2 所示。
度、模量、以及基层模量对沥青面层抗车辙变形能力 向的位移，法线为 Z 的面没有 Z 方向的位移。划分的
的影响规律。李峰、陈立山建立三维有限元模型，分 单元类型为 20 节点 6 面体单元，使用二次减缩积分
析了长寿命沥青路面在路面结构层厚度、面层与基层 方法。其他方面依规范采用多层弹性理论，层间接触
模量的组合下的力学响应及趋势。黄文雄、谭利英等 条件为完全连续体系。路面结构有限元分析模型如图
2013 年 5 期（ 总第 101 期） 117
而，现有的文献资料表明，沥青路面的最大剪应力出 现在路表从上往下的某一深度处。之所以会出现这样 的差别，是因为本研究中只是针对双圆荷载作用面轮 隙中心部 位 对 应 的 各 测 点 处 的 剪 应 力 进 行 的 比 较 分 析。但是以上对各测点处剪应力的分析也反映了路面 结构层模量与相应的剪应力值的关系。分析表明： 对 于柔性沥青路面，提高下面层的模量或降低上面层的 模量，都有助于降低面层测点处的最大剪应力值。此 外，从表 2 中的弯沉值栏数据可以看出，结构层的模 量越大，各测点处弯沉越小。各测点的弯沉值受柔性 基层模量的影响最大，上面层、下面层模量的影响相 当，但影响较小。所以提高柔性基层的模量是保证路 面的弯沉不至于过大的关键。
浅谈路基土的应力—应变特性
浅谈路基土的应力—应变特性金碧蓉【摘要】路基是路面结构的支承体,车轮荷载通过路面结构传至路基,所以路基土的应力—应变特性对路基路面结构的整体强度和刚度有很大影响。
从几个方面介绍路基的应力—应变特性。
【期刊名称】《黑龙江交通科技》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】1页(P48-48)【关键词】路基土;应力;应变;特性【作者】金碧蓉【作者单位】贵州省德江公路管理段【正文语种】中文【中图分类】U416.1路面结构的损坏除了它本身的原因之外，路基的变形过大是重要原因之一。
路基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。
过大的塑性变形将导致各种沥青路面产生车辙和纵向不平整，对于水泥混凝土路面，路基土的塑性变形将引起板块断裂。
弹性变形过大将使得沥青面层和水泥混凝土面板产生疲劳开裂。
在路面结构总变形中，土基的变形占很大部分，约占70% ～95%，所以提高路基土的抗变形能力是提高路基路面结构整体强度和刚度的重要方面。
理想的线性弹性体在一定的应力范围内，应力与应变的关系呈线性特性。
而且当应力消失时，应变随之消失，恢复到初始状态。
路基土的内部结构十分复杂，包括固相、液相和气相三部分所组成，固相部分又由不同成分、不同粒径的颗粒所组成，所以路基土在应力作用下呈现的变形特性同理想的线性弹性体有很大区别。
压入承载板试验是研究土基应力—应变特性最常用的一种方法。
这种方法是以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面，逐级加荷卸荷，记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起的沉降变形，根据试验结果，可绘出土基顶面压应力与回弹变形的关系曲线。
根据弹性力学理论，通过试验测得的回弹变形可以用式(1)计算土基的回弹模量式中:l为承载板的回弹变形，m;D为承载板的直径，m;E为土体的回弹模量，kPa;μ为土体的泊松比;p为承载板压强，kPa。
假如土体为理想的线性弹性体，则E应为一常量，施加的荷载p与回弹变形之间应呈直线关系。
但是实际上土基的回弹模量E并不是常数。
垫层弹性模量对路基上板式无砟轨道力学特性影响研究
垫层弹性模量对路基上板式无砟轨道力学特性影响研究摘要：基于Ansys软件，将钢轨以梁单元模拟，承轨台、道床板、板间树脂、垫层、支承层、基础表层、基础底层以实体单元模拟，扣件以弹簧单元模拟，建立了路基上CRTS III型板式无砟轨道三维有限元力学模型。
研究了列车垂向荷载作用下，垫层弹性模量对路基上CRTS III型板式无砟轨各部件力学特性的影响。
结果表明：随着垫层弹性模量增加，无砟轨道各部件竖向位移、轨道板和支承层纵横向拉压应力减小，垫层纵横向拉压应力增加；当垫层弹性模量小于1e3MPa时，无砟轨道竖向位移、轨道板纵向拉压应力变化较快；当垫层弹性模量小于3e3MPa时，轨道板、支承层横向拉压应力变化较快；当垫层弹性模量小于1e4 MPa时，垫层纵向压应力变化较慢；垫层弹性模量在3e3~1e4MPa范围内，无砟轨道系统受力与变形较为有利。
关键词：高速铁路；板式无砟轨道；弹性垫层；有限元随着我国经济的快速发展，省会城市及大中城市间旅客运输需求快速增长，要求建设城际客运专线铁路的城市越来越多，将会大量铺设无砟轨道[1-3]。
从目前无砟轨道的建设及运营经验可以看出，双块式和板式无砟轨道各有优缺点。
为此，我国在无砟轨道再创新研究成果基础上、针对城际铁路运营条件开展的进一步优化研究。
以“路基纵连、桥上单元”基本原则为中心指导思想，研究提出了新型板式无砟轨道结构。
本文利用大型通用软件Ansys，建立了包括钢轨、扣件、承轨台、道床板、板间树脂、垫层、支承层、基床表层、基础底层的板式无砟轨道三维有限元力学模型，研究了在列车荷载作用下，垫层弹性模量对板式无砟轨道系统力学特性的影响，研究结论对于完善板式无砟轨道设计有指导意义。
1.力学模型采用ANSYS建立板无砟轨道系统空间有限元分析模型（如图1所示），模型包括钢轨、扣件、承轨台、轨道板、板间树脂、垫层、支承层、基床表层、基床底层。
钢轨用梁单元BEAM4模拟，承轨台、道床板、板间树脂、垫层、支承层、基础表层、基床底层以八节点等参实体单元SOLID45模拟，钢轨与承轨台之间的连接用弹簧单元COMBIN14模拟。
水泥混凝土路面板下地基模量合理取值方法的探究与应用
水泥混凝土路面板下地基模量合理取值方法的探究与应用一、绪论随着城市化进程的加速以及交通工具的普及，道路的建设和维护越来越成为人们关注的焦点。
水泥混凝土路面是道路建设中常用的路面材料之一，其良好的耐久性和承载能力可以保证道路的长期使用。
而水泥混凝土路面的质量和性能则受到下地基的影响较大。
因此，合理选择下地基模量是水泥混凝土路面设计中必须考虑的问题之一。
二、水泥混凝土路面板下地基模量的作用水泥混凝土路面板下地基模量是指路面板下方的地基层的弹性模量。
它对水泥混凝土路面的性能有着重要影响。
1、对路面板的变形影响路面板在承载车辆荷载时会产生一定的变形，而地基层的弹性模量会对路面板的变形产生影响。
当地基层的弹性模量较大时，路面板变形较小，路面平整度较高；反之，当地基层的弹性模量较小时，路面板变形较大，路面平整度较低。
2、对路面板的裂缝产生影响当地基层的弹性模量较大时，路面板的应力分布较均匀，不易产生裂缝；反之，当地基层的弹性模量较小时，路面板的应力分布不均匀，容易产生裂缝。
3、对路面板的荷载承载能力影响地基层的弹性模量也会影响路面板的荷载承载能力。
当地基层的弹性模量较大时，路面板的荷载承载能力较大，反之，则荷载承载能力较小。
三、水泥混凝土路面板下地基模量合理取值方法确定水泥混凝土路面板下地基模量的合理取值，需要考虑多种因素。
下面将从地基类型、地基层数、地基材料等方面进行阐述。
1、地基类型地基类型是指地基层的性质和厚度等指标。
在水泥混凝土路面板下面，通常有三种地基类型：自然土、砂砾垫层、碎石垫层。
不同的地基类型对路面板的强度、变形等性能有着不同的影响。
因此，在选择地基类型时，需要考虑路面的使用环境、地质条件以及经济因素等因素。
2、地基层数地基层数是指路面板下方的地基层数量。
一般情况下，地基层数越多，路面板的承载能力越高，路面的稳定性和平整度也会相应提高。
但同时，地基层数的增加也会导致工程投资的增加。
因此，在确定地基层数时，需要综合考虑工程经济性和路面的使用要求等因素。
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PRXY1= 0.20
PRXY2= 0.23
PRXY3= 0.25
PRXY4= 0.35
!圆圈的半径，一共16圈
r_node(1)= 0.107
r_node(2)= 0.300
r_node(3)= 0.500
r_node(4)= 0.700
r_node(5)= 0.900
EQSLV, , ,0,
PIVCHECK,1
SOLVE
FINISH
!!未完待续,继续执行iteration.ans文件
!2.0 跌代计算,以获得弹性模量的收敛值
NMAX=100 !指定最大循环次数100
nnum=1 !循环次数计算器nnum,1为初始值
eps=0.5e2 !跌代收敛精度 0.05mpa
!2.1 说明
!2.2 循环跌代计算
*DO,m, 1,NMAX, 1
/PREP7
!2.2.1 定义参数数组
*DIM,ss_nodex,ARRAY,6,17 !存放ss_nodex 节点的径向应力,6个高度线（自上至下）,17个节点（自内至外）
*DO,I, 1,12, 1
EMODIF,192*K+12*(J-1)+I,mat,16*(K-1)+J
*ENDDO
*ENDDO
*ENDDO
ESEL, s, ELEM, , 1, 12, 1,
*DO,I, 2,11, 1 !2-11 layers
!1.4边界条件
/SOLU
!固结底面节点
csys,0
NSEL,S,LOC,Y,-3.05
NPLOT
D,all, , , , , ,ALL, , , , ,
ALLSEL,ALL
!固结圆周面节点
csys,5
NSEL,S,LOC,x,3.10
NPLOT
D,all, , , , , ,all, , , , ,
*DIM,ss_elez,ARRAY,5,16 !存放ss_elez 单元的垂直向应力,位置：（2/3单元边长处,1/2单元高度处）,5层（自上至下）,16圈（自内至外）
*DIM,sigma1,ARRAY,5,16 !存放sigma1 5x16 三轴试验中的单元的σ1＝ss_elex +ss_elez
ET,2,SOLID95
!1.2.2定义材料属性
!材料1-32，赋给基层，在跌代中修正弹模大小
!材料号1-16，基层单元的第一层，由内到外，一共16圈，材料号依次1－16
!材料号17-32，基层单元的第二层，由内到外，一共16圈，材料号依次17-32
*DO,I, 1,32, 1
MP, EX,I, EX2
*ENDDO
/SOLU
!4.3施加荷载，在半径10.65cm圆面上
*DO,I, 1,12, 1
SFE,I,6,PRES, ,700, , ,
*ENDDO
!1.5.求解
FINISH
/SOLU
ANTYPE,0
NLGEOM,0
NROPT,AUTO, ,
n, 320*(K-1)+20*J+I , r_node(J)*SIN(THTA*(I-1)) , y_node(K) ,r_node(J)*COS(THTA*(I-1))
*ENDDO
*ENDDO
*ENDDO
SHPP,SILENT,on
!1.3定义单元
TYPE,1
MP,PRXY,I, PRXY2
MP,DENS,I, 0
*ENDDO
!材料33-80，赋给垫层，在跌代中修正弹模大小
!材料号33-48， 垫层单元的第一层，由内到外，一共16圈，材料号依次33-48
!材料号49--64，垫层单元的第二层，由内到外，一共16圈，材料号依次49--64
*DIM,ss_nodez,ARRAY,6,17 !存放ss_nodez 节点的垂直向应力,6个高度线（自上至下）,17个节点（自内至外）
*DIM,ss_elex,ARRAY,5,16 !存放ss_elex 单元的径向应力,位置：（2/3单元边长处,1/2单元高度处）,5层（自上至下）,16圈（自内至外）
!土层共5层单元，单元高度0.50m，在高度[y_node(7),y_node(12)]之间；
!高度方向的分层线
y_node(1)= 0.000
y_node(2)= -0.050
y_node(3)= -0.150
y_node(4)= -0.250
y_node(5)= -0.350
y_node(6)= -0.450
MP,PRXY,99, PRXY1
MP,DENS,99, 0
!材料100，赋给土层，不会改变
MP, EX,100, EX4
MP,PRXY,100, PRXY4
MP,DENS,100, 0
!2.3定义实常数 NULL
/PREP7
!3.定义节点单元
*DO,I, 1,6, 1
*DO,J, 2,17, 1
*GET, ss_nodex(I,J), NODE, 320*I+20*(J-1)+7, S, X !ss_nodex X of NO.1-16 round's nodes
*ENDDO
*ENDDO
*DIM,sigma3,ARRAY,5,16 !存放sigma3 5x16 三轴试验中的单元的σ3＝ss_elex
*DIM,excal,ARRAY,5,16 !存放excal 5x16 本次计算得到的弹性模量值excal
*DIM,exsub,ARRAY,5,16 !存放exsub 5x16 EX-excal=EXSUB(kPa)
EX3= 1.50E+05
EX4= 6.00E+04
*DO,J, 1,2, 1
*DO,I, 1,16, 1
EX(J,I)=EX2
*ENDDO
*ENDDO
*DO,J, 3,5, 1
*DO,I, 1,16, 1
EX(J,I)=EX3
*ENDDO
*ENDDO
r_node(6)= 1.100
r_node(7)= 1.300
r_node(8)= 1.500
r_node(9)= 1.700
r_node(10)= 1.900
r_node(11)= 2.100
r_node(12)= 2.300
r_node(13)= 2.500
r_node(14)= 2.700
/POST1
RSYS,5
!2.2.3获得垂直应力ss_nodeZ
ESEL, a, ELEM, ,192*(I-1)+1, 192*(I-1)+12, 1,
*ENDDO
EPLOT
/WAIT, 3
EMODIF,ALL,TYPE,2,
/WAIT, 3
NUMSTR, node, 4001
EMID,ADD,ALL
ALLSEL,ALL
D, 320*(J-1)+20*(I-1)+1, UX, 0
*ENDDO
*ENDDO
csys,0
!约束Z=0平面节点，使之成为对称面
*DO,J, 1,11, 1
*DO,I, 2,16, 1
D, 320*(J-1)+20*(I-1)+13, UZ, 0
*ENDDO
23.道路的基层、垫层模量与应力之间的关系
FINISH
/cle
/filname,pave2.0
/title,Study on the Roadbed's Young's Modulus E=f(sigma1,sigmห้องสมุดไป่ตู้3)
csys,0
/PREP7
!1.1定义参数
*ENDDO
*ENDDO
!定义最2-16圈的块单元
*DO,K, 1,11, 1 !11 layers !1 rounds
*DO,J, 2,16, 1 !2-16 rounds
*DO,I, 1,12, 1 !12 divides
EN, 192*(K-1)+12*(J-1)+I, 320*K+20*(J-1)+I, 320*K+20*J+I, 320*K+20*J+I+1, 320*K+20*(J-1)+I+1,320*(K-1)+20*(J-1)+I, 320*(K-1)+20*J+I, 320*(K-1)+20*J+I+1, 320*(K-1)+20*(J-1)+I+1
*ENDDO
*ENDDO
*ENDDO
!修改单元材料
*DO,I, 1,192, 1
EMODIF,I,mat,99
*ENDDO
*DO,I, 1153,2112, 1
EMODIF,I,mat,100
*ENDDO
*DO,K, 1,5, 1
*DO,J, 1,16, 1
/POST1
RSYS,5
!2.2.2 获得水平应力ss_nodeX
*DO,I, 1,6, 1
*GET, ss_nodex(I,1), NODE, I+1, S, X !ss_nodex X of NO.0 round's nodes