出入口處砌塊類(lèi)鋪面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

1、<p>　　出入口處砌塊類(lèi)鋪面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析</p><p>　　摘要：對(duì)于常用的砌塊類(lèi)人行道結(jié)構(gòu)是否適用于有車(chē)輛出行的小區(qū)出入口這一問(wèn)題在工程界還存在爭(zhēng)論。針對(duì)這一問(wèn)題，采用ANSYS軟件，分析了砂墊層厚度、基層厚度及模量和嵌縫寬度對(duì)砌塊類(lèi)鋪面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。通過(guò)考慮車(chē)輛累計(jì)軸載作用，提出了出入口的砌塊類(lèi)鋪面結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：砌塊類(lèi)鋪面；力學(xué)分析 <

2、/p><p>　　Abstract: There is debate that whether the sidewalk Block structure can applies to vehicles travel residential entrance in the engineering field. To solve this problem, using the ANSYS software to anal

3、yze the impact of the sand cushion thickness, primary thickness and modulus, and caulking width of the pavement structure mechanical properties of block class. Consider vehicles accumulated the axle load, the entrance of

4、 the block pavement structure.Key words: block classes pavement; mechanical ana</p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：U412.37+8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　人行道是城市道路交通設(shè)施的一個(gè)重要組成部分

5、。它不僅提供人行走，同時(shí)也是美化城市環(huán)境、體現(xiàn)城市品位的重要載體。目前應(yīng)用最為廣泛的是彩色道板鋪砌的人行道。在一些工程中，為了保證人行道的連續(xù)性，提升道路的整體景觀(guān)效果，往往在居民小區(qū)出入口處采用人行道一致的砌塊類(lèi)鋪面。 </p><p>　　對(duì)于常用的砌塊類(lèi)人行道結(jié)構(gòu)是否適用于有車(chē)輛出行的居民小區(qū)出入口這一問(wèn)題在工程界還存在爭(zhēng)論。為此，本文針對(duì)出入口處砌塊類(lèi)鋪面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析研究。 </p>&

6、lt;p>　　砌塊類(lèi)鋪面力學(xué)計(jì)算理論 </p><p>　　砌塊類(lèi)路面結(jié)構(gòu)的各種計(jì)算理論，主要體現(xiàn)對(duì)嵌擠砌塊面層作了不同的假定。目前大體可分為以下四種:： </p><p>　　2.1 彈性層狀理論 </p><p>　　彈性層狀理論將不連續(xù)的塊體層和砂墊層等效為一個(gè)當(dāng)量的、各向同性的線(xiàn)彈性均勻材料，用兩個(gè)參數(shù)（彈性模量和泊松比）表征其力學(xué)特性。采用與瀝青路面

7、相同的軸對(duì)稱(chēng)力學(xué)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析和位移計(jì)算。 </p><p>　　2.2 有限元方法 </p><p>　　荷蘭Delft大學(xué)將塊體鋪面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題。在該模型中，假定塊體是剛性體，接縫只傳遞剪力，墊砂層被看作互不相關(guān)的彈簧，基層、底基層和土基均為各向同性體且在水平方向上是無(wú)限大，用彈性模量和泊松比表示。 </p><p>　　2.3 彈性半空間理論

8、 </p><p>　　英國(guó)港口協(xié)會(huì)（BPA: British Port Association）將鋪面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為彈性半空間體，并采用Boussinesq理論計(jì)算土基頂面的應(yīng)變。 </p><p><b>　　2.4 斷裂理論 </b></p><p>　　這種理論將嵌鎖塊層看作剛度較低的板，采用板的斷裂理論來(lái)計(jì)算路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力和變形。 &l

9、t;/p><p><b>　　有限元模型 </b></p><p>　　本文采用有限元軟件ANSYS來(lái)分析出入口砌塊類(lèi)鋪面結(jié)構(gòu)力學(xué)。將砌塊鋪面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為面層有豎向接縫的空間軸對(duì)稱(chēng)模型。引入接觸單元考慮板塊和嵌縫之間的相互作用。砌塊、接縫、基層和路基均用楊氏模量E和泊松比u表征。塊體的尺寸為200×100mm，厚度為6cm。分析時(shí)水平方向?yàn)?m，豎向計(jì)算深度為3m

10、。在水平邊界上假定只有豎向位移，沒(méi)有水平位移，豎向邊界上即沒(méi)有豎向位移，也無(wú)水平位移。根據(jù)試算結(jié)果，面層采用6塊板已足夠滿(mǎn)足計(jì)算精度。 </p><p>　　人行道板（局部荷載）5kN/m2；車(chē)輛荷載僅考慮小型橋車(chē)。本研究取用單圓5kN、p=0.35MPa、荷載圓半徑δ＝6.7434cm的荷載。 </p><p><b>　　砌塊鋪面結(jié)構(gòu)分析 </b></p&g

11、t;<p>　　人行道計(jì)算結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示。 </p><p>　　人行道計(jì)算結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù) </p><p>　　4.1砂墊層厚度的影響 </p><p>　　力學(xué)指標(biāo)隨砂墊層厚度變化趨勢(shì) </p><p>　　砌塊類(lèi)鋪面力學(xué)性能對(duì)墊層厚度比較敏感。鋪面表面彎沉隨著墊層厚度的增加呈增加趨勢(shì)，而基底的彎拉應(yīng)力顯著減少。

12、</p><p>　　4.2基層厚度和模量的影響 </p><p>　　力學(xué)指標(biāo)隨基層厚度變化趨勢(shì) </p><p>　　力學(xué)指標(biāo)隨基層模量變化趨勢(shì) </p><p>　　由于基層的剛度非常大，砌塊鋪裝表面彎沉比較小。隨著基層厚度增加，彎沉略微減小。當(dāng)厚度大于15cm以后，彎沉的變化不明顯。隨著基層厚度的增加，基層底部彎拉應(yīng)力顯著減少。 &l

13、t;/p><p>　　砌塊鋪裝表面彎沉隨剛性基層的彈性模量的增加而小幅減少，基層的基頂垂直壓力隨彈性模量增加小幅增加，而基層的基底彎拉應(yīng)力隨彈性模量顯著增加。 </p><p>　　4.3嵌縫寬度的影響 </p><p>　　力學(xué)指標(biāo)隨嵌縫寬度變化趨勢(shì) </p><p>　　隨著嵌縫的寬度的增加，路面的彎沉，基頂垂直應(yīng)力和基底彎拉應(yīng)力都有明顯增加

14、。在相同的荷載下，接縫越窄，基頂?shù)膲簯?yīng)力越小。 </p><p>　　因此為了提高面層的板體性能應(yīng)該盡可能的減少接縫寬度。這在一定程度上能解釋?zhuān)澜绺鲊?guó)在面層處理上，對(duì)同一厚度的嵌擠塊將其等效為不同厚度的原因，這主要是由于其施工水平和塊的尺寸不同。同時(shí)嵌縫的寬度越大，縫中的填充物太多，不利于快體間的初期嵌鎖。 </p><p><b>　　車(chē)轍深度 </b></

15、p><p>　　砌塊鋪面的損壞通常不是由于塊體的斷裂，而是由于塊體被沖剪進(jìn)入基層，以及過(guò)大的路表永遠(yuǎn)變形積累（車(chē)轍）造成的。車(chē)轍在使用初期主要由塊體位置的調(diào)整和砂墊層的壓密所致，之后的變形積累主要是因?yàn)橹貜?fù)荷載作用下砂墊層、基層和土基的永久變形的積累。在實(shí)際路面結(jié)構(gòu)上，車(chē)輛荷載的反復(fù)作用和輪胎的多次揉搓，使得塊體相對(duì)移動(dòng)，墊層和路基不斷壓密，最終形成車(chē)轍。 </p><p>　　出入口日常進(jìn)出

16、車(chē)輛按照90輛/天考慮，設(shè)計(jì)年限取15年，設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)軸載次數(shù)計(jì)算值為492750次，本次計(jì)算累計(jì)軸載選用5.0×105次。 </p><p>　　目前港口集裝箱碼頭砌塊鋪面車(chē)轍深度通?？刂圃?0mm以?xún)?nèi)。對(duì)于出入口處砌塊鋪面，除考慮車(chē)輛行駛平整度要求外，還需考慮行人及非機(jī)動(dòng)出行舒適度要求，因此建議車(chē)轍深度控制在15mm～20mm。 </p><p>　　車(chē)轍深度隨墊層厚度的變

17、化趨勢(shì) </p><p>　　對(duì)于剛性基層砌塊類(lèi)鋪面，當(dāng)墊層厚度在2cm－4cm階段車(chē)轍深度顯著增加，然后是增速趨緩，但當(dāng)墊層厚度超過(guò)7cm后，車(chē)轍深度呈顯著上升。 </p><p>　　車(chē)轍深度隨墊層厚度的變化趨勢(shì) </p><p>　　增加基層厚度對(duì)于減少砌塊鋪面的車(chē)轍深度是非常有效的方法。尤其是當(dāng)基層厚度小于15cm時(shí)，增加基層厚度作用顯著。當(dāng)基層結(jié)構(gòu)層厚度超

18、過(guò)25cm時(shí)，增加基層厚度對(duì)減少車(chē)轍深度效果不明顯。剛性基層砌塊鋪面由于基層剛度非常大，因此車(chē)轍深度最小。在厚度大于15cm時(shí)，車(chē)轍深度僅為12mm。因此在滿(mǎn)足路用性能的情況下，基層厚度可以取較小值，以得到很好的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　1.在基底彎拉應(yīng)力在容許范圍內(nèi)時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)減少剛性基層厚度和彈性模量，從而降

19、低工程造價(jià)。即使剛性基層的厚度為5cm時(shí)，車(chē)轍量也不超過(guò)20mm?；鶎雍穸鹊倪x取時(shí)，還應(yīng)滿(mǎn)足最小結(jié)構(gòu)層厚度的要求。 </p><p>　　2.應(yīng)盡可能減少接縫寬度以提高面層的板體性能?？紤]施工的可操作性，建議接縫寬度控制在3mm～5mm。 </p><p>　　3.目前采用的6cm厚砌塊類(lèi)人行道結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足累計(jì)軸載為：5.0×105次居民小區(qū)出入口車(chē)輛出行的要求。 </p&

20、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　【1】孫立軍. 現(xiàn)代聯(lián)鎖塊鋪面[M]，同濟(jì)大學(xué)出版社，2000 </p><p>　　【2】聯(lián)鎖型路面磚路面施工及驗(yàn)收規(guī)程（CJJ 79-98），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998 </p><p>　　【3】孫立軍. 聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)的承載理論.土木工程學(xué)報(bào)：1995，2