面層模量及厚度對溫度應(yīng)力的影響分析

文 / 福建船政交通職業(yè)學(xué)院 王桂茵 山東大正路橋工程有限公司 庫存銀 海峽（福建）交通工程設(shè)計有限公司 李萬里

本文應(yīng)用有限元程序Ansys軟件，建立力學(xué)模型，在熱線彈性層狀體系理論的假設(shè)下，根據(jù)瀝青路面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際的工作狀態(tài)，分析面層模量以及面層厚度變化時對面層各結(jié)構(gòu)層溫度應(yīng)力的影響。

計算模型及計算方法

本次計算分析，是應(yīng)用有限元Ansys模擬軟件，采用的是順序耦合法，在熱分析計算中選擇里面的，該單元為平面四邊形四節(jié)點(diǎn)熱分析單元；然后將計算得到的節(jié)點(diǎn)溫度作為體荷載施加到結(jié)構(gòu)分析中并將熱分析單元轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)分析單元。

在熱分析中選擇 （溫度約束）自由度，根據(jù)實(shí)際的路面溫度實(shí)測情況，在本文的計算中，熱分析中的溫度約束設(shè)置為路面結(jié)構(gòu)面層頂面的溫度為-4℃，土基底面的溫度為3℃；在結(jié)構(gòu)分析中選擇UX（X方向的位移）、UY（Y方向的位移）兩個自由度，并選用轉(zhuǎn)化后默認(rèn)的分析類型平面應(yīng)變分析類型。

在本文的計算分析中，所選取的計算點(diǎn)均取為瀝青路面的面層底面。在接下來的分析中，通過改變下表中一個參數(shù)，同時保持其他參數(shù)不變。

面層模量的變化對溫度應(yīng)力的影響分析

在上表的基礎(chǔ)上，保持其他參數(shù)不變的情況下，分析不同面層模量即3500MPa，4000MPa，5000MPa的路面結(jié)構(gòu)，具體研究隨著面層模量的增大，面層底面、基層底面和底基層底面應(yīng)力應(yīng)變和位移沿路面長度的變化情況。分析結(jié)果如下：

（1）面層底面各指標(biāo)，在不同模量下，沿路面長度的變化情況

由分析結(jié)果可得，對于面層，隨著模量的增加，面層層底所受的溫度應(yīng)力也逐漸增加如圖1所示，在模量增加的過程中長度—應(yīng)力曲線逐漸向上平移。

在距離模型端部2m左右，應(yīng)力取到最小值，模型的中部應(yīng)力比較穩(wěn)定趨于一個定值。面層層底在溫度荷載的作用下，隨著面層模量的增加，所產(chǎn)生的應(yīng)變和豎向位移變化不大，只是在上述所講的產(chǎn)生最值的距離模型端部2m左右處規(guī)律比較明顯，隨著面層模量的增加，應(yīng)變逐漸增大，豎向位移逐漸減小其減小的幅度較小，由表2可以更清楚的看出；在模型的中部，如圖3所示，應(yīng)變還有隨模量增加成減小的趨勢；豎向位移隨模量的增加成增加的趨勢，如圖2所示。

（2）基層底面各指標(biāo)，在不同模量下，沿路面長度的變化情況

對于基層，隨著面層模量的增加，基層層底所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變變化都較小，如圖4所示，三種面層模量下，基層層底的應(yīng)力變化曲線幾乎是重合的。

由表3可清楚地看出，隨著面層模量的增加，基層層底所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變有所增加，但是其值比較小。由圖5所示，面層模量較小時，最大豎向位移會偏大，即模量改變對基層距離端部2m內(nèi)影響較大。

（3）底基層底面各指標(biāo)，在不同模量下，沿路面長度的變化情況

底基層層底的應(yīng)力應(yīng)變和豎向位移隨著面層模量的增加其變化規(guī)律與基層層頂對應(yīng)指標(biāo)的變化規(guī)律基本相似，兩者相比底基層所受的影響更小，由表3和表4對比可以得出。

結(jié)語

根據(jù)文所建模型，在相同的溫度荷載作用下，隨著面層厚度的增加，面層層底所受到的溫度應(yīng)力逐漸減小，但減小的幅度很小，且隨著面層層底所受的溫度應(yīng)力逐漸趨于一個定值如圖1所示，曲線隨著厚度的增加漸漸變的平直。層底所產(chǎn)生的應(yīng)變和應(yīng)力具有相同的變化趨勢。

隨著面層厚度的增加，基層和底基層層底所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和應(yīng)變也都是逐漸變小的，由表6和表7可清楚地看出，他們的變化也是比較小的，也就是說面層厚度的改變對基層和底基層沒的應(yīng)力應(yīng)變影響較小。