基于混凝土路面碎石化過程及加鋪結(jié)構(gòu)的有限元分析

包永剛， 田　野

(1.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州　450008；　2.河南省建筑科學(xué)研究院有限公司， 河南 鄭州　450053)

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基于混凝土路面碎石化過程及加鋪結(jié)構(gòu)的有限元分析

包永剛1， 田野2

(1.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州450008；2.河南省建筑科學(xué)研究院有限公司， 河南 鄭州450053)

[摘要]混凝土路面在進(jìn)行改造過程中，由于碎石化技術(shù)性能優(yōu)良、施工周期短、節(jié)能環(huán)保，在施工中應(yīng)用極為廣泛。現(xiàn)今，在進(jìn)行混凝土路面改造中，采用碎石化技術(shù)已成為重要的發(fā)展趨勢。主要以ABAQUS為手段，此種軟件在有限元構(gòu)建中應(yīng)用廣泛，并首次采用重錘的自身重力作用，通過一定高度的下落產(chǎn)生一定的速度，對混凝土板撞擊。并結(jié)合ABAQUS軟件手段，進(jìn)行MHB碎石化之后瀝青加鋪層的有限元模型構(gòu)建，并以此為前提，對移動(dòng)荷載量進(jìn)行計(jì)算，并基于計(jì)算后的移動(dòng)荷載，對基于碎石化層下的模量突變作用于加鋪結(jié)構(gòu)的情況。最后以此為基礎(chǔ)，提高相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而促進(jìn)水泥混凝土路面改造技術(shù)的提高。

[關(guān)鍵詞]混凝土； 碎石化技術(shù)； 加鋪； 有限元分析

0前言

近年來，我國公路交通快速發(fā)展，但隨之而來的路面性能問題也層出不窮，特別是20世紀(jì)90年代以來修建的水泥路面，問題更加嚴(yán)峻。對水泥混凝土路面進(jìn)行再生和改造的關(guān)鍵在于預(yù)防發(fā)射裂縫出現(xiàn)[1]。MHB(多錘頭)碎石化技術(shù)則是指以多個(gè)錘頭為基礎(chǔ)，通過有序交替工作，對水泥路面進(jìn)行撞擊，最終使路面破碎形成均勻的混凝土碎塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水泥路面差異降低到瀝青面層允許的范圍，從而解決發(fā)射裂縫問題[2]。MHB碎石化技術(shù)可降低施工工期，并可節(jié)能、環(huán)保，因此在混凝土路面改造建設(shè)中應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)今，MHB碎石化技術(shù)已成為水泥混凝土路面改造技術(shù)研究和發(fā)展的重要方向。但現(xiàn)今，關(guān)于MHB碎石化技術(shù)的研究很多，但很多均是以施工經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，且理論研究還處于起步階段，關(guān)于碎石化過程的有限元模擬[3-5]主要以擬動(dòng)力彈性模型為基礎(chǔ)，也就是通常情況下，以動(dòng)量定理為理論依據(jù)，采用反向模式的荷載，對沖擊力進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算所得的沖擊力看成靜止荷載，使其作用于路面結(jié)構(gòu)。此種方法在低速、低軸載條件下合理，但在高速、重載條件下則有很多局限性?；诖?，本文提出模擬錘頭在自身重力作用下通過一定速度沖擊混凝土板，以ABAQUS為基礎(chǔ)，構(gòu)建相應(yīng)的有限元模型；并在移動(dòng)荷載下，分析碎石化層模量突變對加鋪結(jié)構(gòu)的影響，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，促進(jìn)碎石化技術(shù)發(fā)展。

1水泥混凝土路面碎石化過程有限元分析

水泥混凝土路面碎石化過程可簡化為兩個(gè)臨界載荷位置[5]，即：路面的邊緣位置以及縱縫邊緣位置；路面與橫縫中間交叉位置。破碎機(jī)可變換撞擊位置以及撞擊順序，因此，分析應(yīng)力過程中，主要考慮第一個(gè)荷載位。

1.1有限元模型建立

為簡化計(jì)算，首先把混凝土板、基層等均看做具有各向同性的均勻、連續(xù)彈性體，彈性參數(shù)的表征選用E，μ兩個(gè)參數(shù)，基于約束模式的選擇，混凝土板、土基層等均采用水平模式，對土基底面，要進(jìn)行固定；各結(jié)構(gòu)層均有一定重量，但在有限元模型構(gòu)建時(shí)均不予考慮；對于板件穿荷現(xiàn)象也不予考慮[7]。

混凝土面板的尺寸選取5 m×4 m×0.24 m，在分析過程中，要考慮減少邊界調(diào)節(jié)的影響，因此地基應(yīng)擴(kuò)大尺寸，通過收斂性分析可知，地基的尺寸大小選擇15 m×12 m×8 m，基層以及底基層與地基的平面尺寸相同，但厚度存在一定的差別，基層的厚度選用0.2 m，底基層的厚度則選用0.15 m。重錘的長寬分別為24 cm以及4 cm，重達(dá)640 kg。為簡化計(jì)算，重錘的原始高度定為0.8 m。當(dāng)重錘高度高于0.8 m時(shí)，其初始速度為：

Δh=H-0.8

(1)

當(dāng)重錘高度低于0.8 m，則初始速度定義為：

Δh=0.8-H

(2)

路面結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)如表1所示。

在上述條件的前提下，構(gòu)建有限元模型，且進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所得結(jié)果如圖1所示。

圖1(a)所示，為路面結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型，但這只是一塊水泥混凝土面板的結(jié)構(gòu)模型，圖1(a)的目的主要在于：既可以完成計(jì)算目的以及計(jì)算精度的要求，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)通過降低硬件要求的方式降低計(jì)算成本。網(wǎng)格劃分的前提則是基于路面結(jié)構(gòu)的形狀，采用自由網(wǎng)格模式進(jìn)行。在進(jìn)行分析顯式動(dòng)態(tài)以及模態(tài)時(shí)，人們著重關(guān)注的是面板結(jié)構(gòu)，所以可以通過把控每條線的分段大小的模式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，從而控制單元尺寸。本文采用的單元結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為20 mm×20 mm，對于其他結(jié)構(gòu)部分，則可直接利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。

表1 路面結(jié)構(gòu)與材料參數(shù)Table1 Pavementstructureandmaterialparameters結(jié)構(gòu)層次及材料材料模量/MPa泊松比層厚/cm變形強(qiáng)度/MPa面層(水泥混凝土)300000.1524基層(水泥穩(wěn)定碎石)13000.220底基層(級配碎石)2500.2515土基350.355

(a) 路面網(wǎng)格(b) 路面結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

1.2顯式動(dòng)態(tài)分析

水泥混凝土在進(jìn)行碎石化過程中，首先舉起重錘，然后以重錘的重力勢能為基礎(chǔ)，進(jìn)行落錘撞擊路面，實(shí)現(xiàn)路面破碎。依據(jù)施工要求，重錘的舉起高度一般為0.6～1.2 m。如表2所示，為重錘間隔0.1 m，所產(chǎn)生的擬合應(yīng)力：重錘的高度重量是間隔0.1 m逐次升高。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 擬合結(jié)果Table2 Analysisofresults工況落錘高度/m擬合應(yīng)力/MPa10.60.900.71.2920.81.700.92.2131.02.581.13.0141.23.50

由表2可知：進(jìn)行路面撞擊時(shí)，首先開裂的部位位于重錘底部的橢圓弧中心上，且圓弧半徑反比于下落高度。這與實(shí)際情況完全吻合，因此，此種斷裂模式為彎曲斷裂，對上述結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，結(jié)果如圖2所示。

圖2　應(yīng)力與落錘高度關(guān)系圖Figure 2　Stress and drop height relationship diagram

1.3模態(tài)計(jì)算分析

模態(tài)分析主要用于確定水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，也就是我們常說的固有頻率。模態(tài)分析具體過程中，是通過模態(tài)參數(shù)以及相關(guān)系數(shù)，計(jì)算各工況的主振型以及模態(tài)。主要目的在于確定施工中設(shè)備的沖擊頻率，使其盡可能與路面固有頻率接近，從而增強(qiáng)路面的吸收能力，實(shí)現(xiàn)較低的重錘高度可以使路面破碎的目的。固有頻率屬于路面的特有屬性，與外界激勵(lì)沒有關(guān)于，主要影響因素則是路面本身的性質(zhì)，譬如：路面質(zhì)量、阻尼、剛度等。且目前為止，唯一有效的載荷位是零位移約束，因此在進(jìn)行實(shí)際施工過程中，在水泥混凝土面板周圍添加零位移約束，從而達(dá)到簡化模型的目的。

對于水泥混凝土面板碎石化來講，其主要影響因素為上下振動(dòng)，左右和前后振動(dòng)的碎石化作用很弱，基本可以忽略，因此，在進(jìn)行模態(tài)計(jì)算時(shí)，主要計(jì)算的是上下振動(dòng)的固有頻率，見表3，為計(jì)算結(jié)果：

表3 模態(tài)計(jì)算結(jié)果Table3 Modalresults工況固有頻率/Hz工況固有頻率/Hz15.762359.391215.000475.261

1.4結(jié)果分析

① 在水泥混凝土路面碎石化過程中，主要影響因素為工況1和工況2的主振動(dòng)。為提高能量的吸收效率，要盡可能保證重錘撞擊路面的頻率近似于路面的固有頻率，即頻率的范圍最好設(shè)置成5.762～15 Hz，重錘撞擊路面的次數(shù)為366～900之間。

② 在實(shí)際的某二級公路進(jìn)行碎石化過程中，將落錘高度設(shè)置成1 m，并依據(jù)工況設(shè)定了工作頻率，該工程在不到20 min的時(shí)間，便實(shí)現(xiàn)了施工需求。所以說，在水泥混凝土路面碎石化過程中，以重錘的自身重力為基礎(chǔ)，通過調(diào)整不同的落錘高度，沖擊混凝土板，并以ABAQUS為工具，構(gòu)建有限元三維模型，則是一種行之有效的碎石化方法。

2MHB碎石化模量突變對加鋪結(jié)構(gòu)的影響

分析

2.1碎石化后路面加鋪結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型與參數(shù)

構(gòu)建有限元模型的工具是ABAQUS，使用的方法則是動(dòng)力分析法。同時(shí)在進(jìn)行構(gòu)建時(shí)，還要分析碎石化層模量突變產(chǎn)生的影響。本文的研究對象為加鋪結(jié)構(gòu)的瀝青路面結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行有限元模型的構(gòu)建中，x、y以及z軸的確定方法為：x軸正向指的是水平向右的方向、y軸正向表示豎直向下，z軸方向則是以x、y軸為基礎(chǔ)，利用右手螺旋定則的方式進(jìn)行確定。為簡化計(jì)算，在y軸只考慮移動(dòng)均布荷載，在x軸方向只考慮摩擦力的作用。以單軸雙輪組的一側(cè)作為分析參考點(diǎn)，在豎直方向添加0.7 MPa或超載1.125 MPa，水平方法的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.5。行車方向如圖3所示。

圖3　路面加載平面圖Figure 3　Pavement loading plan

圖3所示的雙矩形均布輪載的運(yùn)動(dòng)模式則是自左向右進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)荷載利用Compad Visual Fortran 子程序，同時(shí)進(jìn)行新型概念的定義，包括荷載大小、車輛運(yùn)行速度等。

加鋪后路面結(jié)構(gòu)模型的平面尺寸選取6 m×6 m，深度則選取3 m。模型上表面劃分成72格，劃分方向則沿z軸負(fù)方向進(jìn)行，且每個(gè)格的單元尺寸為0.213 m×0.167 m，輪跡中心距為0.319 5 m。對于行車速度的設(shè)定值，可以不聽。如表4和表5所示，為各結(jié)構(gòu)參數(shù)與幾何尺寸。

2.2基于碎石化層模量突變下的運(yùn)動(dòng)荷載對加鋪瀝青層的影響分析

① 基于試坑正上方的移動(dòng)荷載對路面結(jié)構(gòu)的影響分析。

表4 路面結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)Table4 Calculationofpavementstructureparameters名稱模量/MPa厚度/cm泊松比瀝青上面層140050.3瀝青下面層、瀝青碎石基層100070.3碎石化上層207改變0.4碎石化下層1000～17000改變0.2原基層及土基1572640.35

表5 試坑回填區(qū)域材料參數(shù)Table5 Testpitbackfillareamaterialparameters名稱厚度/cm模量/MPa泊松比水穩(wěn)碎石回填區(qū)域2415000.25瀝青碎石回填區(qū)域2410000.3級配碎石回填區(qū)域243500.35松散材料回填區(qū)域241500.4

基于試坑正上方的移動(dòng)荷載，會(huì)對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，也就是通常所說的動(dòng)力響應(yīng)。試坑形狀在實(shí)際施工中近似于倒圓臺形，為降低計(jì)算復(fù)雜度，并使網(wǎng)格劃分過程中不存在扭曲變形的情況，把試坑形狀選取為面積為1 m2的長方體。

本文選用總厚度為12 cm，5 cmGAC-13C改性瀝青混凝土+7 cmAC-20重交通瀝青混凝土的加鋪結(jié)構(gòu)為例。本文僅考慮剎車情況的影響，主要原因在于相較于正常行駛，剎車情況影響更為嚴(yán)重。在剎車情況下，摩擦系數(shù)選取為0.5，水平荷載位0.35 MPa。超載現(xiàn)象在我國極為普遍，因此在進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算時(shí)，必須考慮車輛超載的現(xiàn)象，因此，單后軸雙輪軸的大小應(yīng)選取160 kN，水平荷載和豎向荷載分別為0.563 MPa和1.125 MPa。人們?yōu)楹饬吭跒r青層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)力大小，引入了荷載作用力與材料自身抵抗力比的應(yīng)力輕度比。安全儲備與應(yīng)力強(qiáng)度成反比。中粒式瀝青混凝土的抗拉強(qiáng)度位于0.8～1.0 MPa之間，其中抗拉強(qiáng)度為0.8 MPa時(shí)，處于最不利情況。上述分析結(jié)果如表6所示。

由表6可知：在瀝青層底部，與最大橫向拉應(yīng)力相比，最大縱向拉應(yīng)力較大，層底拉應(yīng)力的大小與水平荷載、與距離碎石化層材料的大小密切相比，正比

表6 計(jì)算結(jié)果Table6 Calculationresults荷載情況試坑回填情況瀝青層最大剪應(yīng)力及位置/MPa瀝青層底最大主應(yīng)力/MPa瀝青層底最大橫向拉應(yīng)力/MPa瀝青層底最大縱向拉應(yīng)力/MPa彎沉/(0.01mm)豎向0.7水平0.35正常路段0.3191(①)0.52860.22120.437542材料松散0.3117(①)0.70390.36000.703054級配碎石0.3213(①)0.62600.31860.623553瀝青碎石0.3133(①)0.54810.19860.468840水穩(wěn)碎石0.3104(①)0.54240.19230.460738豎向1.125水平0.563正常路段0.5089(①)0.82590.37760.793472材料松散0.5096(①)1.2480.64211.24593級配碎石0.5077(①)1.1010.57601.09890瀝青碎石0.5170(①)0.88250.33320.754269水穩(wěn)碎石0.4920(①)0.86830.38680.754164

于水平荷載和距離原碎石化層材料的大小；對于豎向荷載為0.7 MPa，水平荷載為0.35 MPa，回填材料采用松散材料，具有最大的縱向拉應(yīng)力，應(yīng)力比高達(dá)0.963，具有3.7%的安全儲備，彎沉值大大提高；在正常路段，應(yīng)力比大小為0.614，安全儲備能力為48.6%；回填材料為級配碎石的應(yīng)力比則是0.85，安全儲備能力則為16%；水穩(wěn)碎石的應(yīng)力比大小為0.58，安全儲備能力則為42%；瀝青碎石應(yīng)力比大小在0.581，安全儲備能力則為41.9%，此時(shí)具有最大的安全儲備。

由圖4可知：基于回填模量，碎石化層材料反比于縱橫向拉應(yīng)力梯度，且縱橫向拉應(yīng)力最小值位于高于碎石化層材料的位置。因此，當(dāng)回填模量的材料選擇應(yīng)盡可能靠近碎石化層模量，如果不可避免出現(xiàn)偏差，宜選擇大的而不宜選擇較小的模量。

圖4　加鋪層底最大縱向拉應(yīng)力、最大橫向拉應(yīng)力與回填材料模量的關(guān)系Figure 4　Relationship between the maximum longitudinal tensile stress & maximum transverse tensile stress and backfill material modulus overlay bottom

在實(shí)際施工過程中，主要選用的材料層為復(fù)合材料層，即由格柵網(wǎng)格回填充瀝青混合料形成，依據(jù)文獻(xiàn)[9]可知：復(fù)合材料層的模量應(yīng)選擇3 000 MPa，泊松比為0.25，復(fù)合材料層與瀝青加鋪層完全連續(xù)連接，其摩擦系數(shù)也設(shè)成0.1，其余參數(shù)不改變。計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5　縱向拉應(yīng)力、橫向拉應(yīng)力與玻纖格柵間的關(guān)系Figure 5　Longitudinal tensile stress and transverse tensile stress between fiberglass grating

由圖5可知：減少加鋪層最大橫向拉應(yīng)力，可以通過在試坑上方處添加玻纖格柵的模式，改善層底的受力情況；相對于橫向拉應(yīng)力，格柵對縱向拉應(yīng)力的影響較大；添加格柵的效果與試坑回填材料模量相關(guān)，且成反比關(guān)系，當(dāng)模量越小時(shí)，格柵的拉應(yīng)力效果便越顯著。

② 基于碎石化上下層不平整的移動(dòng)荷載對路面結(jié)構(gòu)的影響分析。

對于水泥混凝土路面來講，其碎石化過程中板體的破碎尺寸的主要影響因素為土基強(qiáng)度、基層及路面板厚度、原路面的破碎狀況等。在不同的破碎部位，這些因素均不同，因此，碎石化后，頂面會(huì)產(chǎn)生較大的回彈模量變異。當(dāng)施工控制不科學(xué)時(shí)，這種變異性更加強(qiáng)烈。為降低分析的復(fù)雜度，MHB碎石化之后，混凝土的破碎層會(huì)分成兩層，即：RM層，為破碎層上層，由于直接受到重錘撞擊，破損粒徑小，模量低；FC層，屬于破碎層下層，破碎后塊體會(huì)發(fā)生破裂，但不會(huì)破碎，相互嵌套，模量大。由[10]可知：對于碎石化上層來講，當(dāng)厚度高達(dá)14 cm時(shí)，既可以確保瀝青底拉應(yīng)力滿足要求，又可以確保發(fā)射裂縫的產(chǎn)生。因此，文章選用14 cm厚作為碎石化上下層分界線。碎石化上下兩側(cè)模量的衡量標(biāo)準(zhǔn)為界面的不平整，結(jié)合移動(dòng)載荷作用下的三維有限元模型，對碎石化層進(jìn)行分析，并對不同部分分別進(jìn)行分析，這是因?yàn)椴煌糠?，材料參?shù)也存在差別。計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6　縱向拉應(yīng)力、橫向拉應(yīng)力與不平整狀況的關(guān)系圖Figure 6　Longitudinal tensile stress & transverse tensile stress and uneven situation diagram

由圖6可知：相較于橫向拉應(yīng)力，縱向拉應(yīng)力具有相同的變化趨勢，但只考慮縱向拉應(yīng)力情況，最不利的情況為狀況下，層底具有0.7 MPa拉應(yīng)力值，與正常路段相比，增長率僅為0.9%；只考慮橫向拉應(yīng)力，則最不利的情況出現(xiàn)在狀況一，此時(shí)層底拉應(yīng)力為0.413 7 MPa，與正常路段相比，增長率為24.23%，較大；對于其他狀況，與正常路段相比，縱向拉應(yīng)力都較小，但橫向拉應(yīng)力較小的狀況只出現(xiàn)在3，6，7幾段。

2.3基于碎石化層模量突變的移動(dòng)荷載對瀝青加鋪層裂縫應(yīng)力強(qiáng)度的影響分析

該影響分析的計(jì)算模型依據(jù)圖7所示，碎石化層模量突變突變的具體表示方式則是裂縫左右兩側(cè)碎石化層的不同模量，進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，模量的最值出現(xiàn)在荷載裂縫位置，其中最小值出現(xiàn)在裂縫左側(cè)，最大值出現(xiàn)在裂縫右側(cè)。

圖7　計(jì)算模型圖Figure 7　Calculation model

① 基于碎石化層下的模量突變對反射裂縫應(yīng)力強(qiáng)度的影響。

對影響分析的前提是基于裂縫尖端的移動(dòng)荷載的應(yīng)力強(qiáng)度值計(jì)算，其中加鋪層進(jìn)行自下而上的橫向反射裂縫的設(shè)置，其中深度為5 cm，寬為1 mm。由于在破碎層頂面，松散層最為薄弱，在處理時(shí)一定要注意，當(dāng)處理不科學(xué)，會(huì)導(dǎo)致加鋪層與破碎層之間產(chǎn)生滑動(dòng)。為分析松散層對路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)影響，分別考慮加鋪層與破碎層層間的摩擦系數(shù)為0.1(接觸不良)與1.0(接觸良好)2種情況，結(jié)果如圖8和9所示。

圖8　I型應(yīng)力強(qiáng)度因子與破碎層模量變異系數(shù)關(guān)系Figure 8　I stress intensity factor and the coefficient of variation broken layer moduli relationship

圖9　II型應(yīng)力強(qiáng)度因子與模量變形系數(shù)關(guān)系Figure 9　II stress intensity factor and modulus of deformation coefficient relationship

由圖8和圖9可知：I型應(yīng)力強(qiáng)度因子隨碎石化層模量突變的增加，基本不變化，II型應(yīng)力強(qiáng)度隨碎石化層模量突變急劇增加，其中模量變異系數(shù)小于90%，增長緩慢，但超過90%時(shí)，則增長速度快速增加。因此，破碎層模量的變異系數(shù)與模量突變密切相關(guān)，其中最敏感部分在剪切型裂縫處，因此，在該位置，開裂應(yīng)主要采用剪切型裂縫。

② 碎石化層模量突變對自上而下裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度的影響。

同瀝青混凝土加鋪層相同，設(shè)置自上而下的裂縫，方向?yàn)闄M向，其中厚度為5 cm，然后進(jìn)行基于移動(dòng)荷載的裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度的計(jì)算。本文首次考慮了松散層的影響。為測量松散層對路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)影響，分別考慮加鋪層與破碎層層間的摩擦系數(shù)為0.1(接觸不良)與1.0(接觸良好)兩種情況。計(jì)算結(jié)果如圖10和圖11所示。

圖10　I型應(yīng)力強(qiáng)度因子與模量變異系數(shù)的關(guān)系Figure 10　Relationship type I stress intensity factor and the coefficient of variation of the modulus

圖11　II型應(yīng)力強(qiáng)度因子與模量變異系數(shù)的關(guān)系Figure 11　Relationship type II stress intensity factor and the coefficient of variation of the modulus

由圖10和圖11可知：隨著模量變異系數(shù)的增加，I型和II型應(yīng)力強(qiáng)度因子均增大，但模量變異系數(shù)低于85%時(shí)，增加極為緩慢，但超過85%，2種應(yīng)力強(qiáng)度因子急劇提高。I型應(yīng)力強(qiáng)度值為負(fù)，表明裂縫趨于愈合，因此裂縫的控制由II型應(yīng)力強(qiáng)度決定。

3結(jié)束語

本文創(chuàng)新型的利用錘頭在自身重力作用下會(huì)有一定的速度沖擊混凝土板，進(jìn)行三維動(dòng)力非線性有

限元模擬。并進(jìn)行顯示動(dòng)態(tài)分析和模態(tài)分析，并結(jié)合分析結(jié)果，確定不同落錘高度對水泥混凝土路面的沖擊作用以及路面承受的極限彎拉應(yīng)力，確定路面的固有頻率，提高施工的施工效率。接著本文利用ABAQUS軟件，對碎石化后加鋪結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，并基于移動(dòng)荷載下，分析碎石化層模量突變對加鋪結(jié)構(gòu)的影響。對瀝青加鋪層的受力影響為：回填材料模量要盡量靠近碎石化層模量，但不可避免出現(xiàn)偏差情況下，應(yīng)增大回填材料模量，使其超過碎石化層模量。通過對裂縫應(yīng)力強(qiáng)度的分析可知，與縱向拉應(yīng)力相比，碎石化層的橫向拉應(yīng)力對橫向不平整最為敏感；破碎層模量變異系數(shù)對剪切型裂縫極為敏感，層間摩擦系數(shù)小，反射裂縫便容易擴(kuò)展；自上而下的I型與II型應(yīng)力強(qiáng)度因子隨模量突變增加而增大。

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Finite Element Analysis Based on the Process of Concrete Pavement and Gravel Overlay Structure

BAO Yonggang， TIAN Ye

(1.Henan Vocational College of Water Conservancy and Environment， Zhengzhou， Henan 450008， China；2.Henan Institute of Building Science Co.， LTD， Zhengzhou， Henan 450053， China)

[Abstract]In the transformation of concrete pavement，gravel technology as a excellent performance of transformation technology，has a short construction period，energy-saving and environmental protection advantages，which is widely used.Today，gravel technology has become an important gravel directions on cement concrete pavement.In this paper，the use of large-scale finite element software ABAQUS，bulids finite element model.And for the first time simulate hammer action under its own gravity through a certain speed，to crack concrete slab.While taking advantage of ABAQUS，build a three-dimensional finite element model of gravel asphalt overlay and analyze mobile loads gravel layer modulus of mutations on the overlay structure.On this basis，increase corresponding improvement measures to promote the development of the cement concrete pavement gravel of technology.

[Key words]concrete； gravel technology； overlay structure； finite element analysis

[收稿日期]2016-01-04

[基金項(xiàng)目]河南省教育廳2014年重點(diǎn)課題(ZJA14118)

[作者簡介]包永剛(1971-)，男，河南信陽人，碩士，副教授，主要研究方向：建筑工程施工與造價(jià)。

[中圖分類號]U 416.216

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1674-0610(2016)03-0049-06