出入口處砌塊類鋪面結構力學分析

1、<p>　　出入口處砌塊類鋪面結構力學分析</p><p>　　摘要：對于常用的砌塊類人行道結構是否適用于有車輛出行的小區(qū)出入口這一問題在工程界還存在爭論。針對這一問題，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砌塊類鋪面結構力學性能的影響。通過考慮車輛累計軸載作用，提出了出入口的砌塊類鋪面結構。 </p><p>　　關鍵詞：砌塊類鋪面；力學分析 <

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>　　中圖分類號：U412.37+8文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　人行道是城市道路交通設施的一個重要組成部分

5、。它不僅提供人行走，同時也是美化城市環(huán)境、體現(xiàn)城市品位的重要載體。目前應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鋪面。 </p><p>　　對于常用的砌塊類人行道結構是否適用于有車輛出行的居民小區(qū)出入口這一問題在工程界還存在爭論。為此，本文針對出入口處砌塊類鋪面結構進行力學分析研究。 </p>&

6、lt;p>　　砌塊類鋪面力學計算理論 </p><p>　　砌塊類路面結構的各種計算理論，主要體現(xiàn)對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當量的、各向同性的線彈性均勻材料，用兩個參數(shù)（彈性模量和泊松比）表征其力學特性。采用與瀝青路面

7、相同的軸對稱力學模型進行結構的力學分析和位移計算。 </p><p>　　2.2 有限元方法 </p><p>　　荷蘭Delft大學將塊體鋪面結構簡化為平面應變問題。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>　　英國港口協(xié)會（BPA: British Port Association）將鋪面結構轉換為彈性半空間體，并采用Boussinesq理論計算土基頂面的應變。 </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計算路面結構內的應力和變形。 &l

9、t;/p><p><b>　　有限元模型 </b></p><p>　　本文采用有限元軟件ANSYS來分析出入口砌塊類鋪面結構力學。將砌塊鋪面結構簡化為面層有豎向接縫的空間軸對稱模型。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。分析時水平方向為2m，豎向計算深度為3m

10、。在水平邊界上假定只有豎向位移，沒有水平位移，豎向邊界上即沒有豎向位移，也無水平位移。根據(jù)試算結果，面層采用6塊板已足夠滿足計算精度。 </p><p>　　人行道板（局部荷載）5kN/m2；車輛荷載僅考慮小型橋車。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>　　砌塊鋪面結構分析 </b></p&g

11、t;<p>　　人行道計算結構及設計參數(shù)如下表所示。 </p><p>　　人行道計算結構及設計參數(shù) </p><p>　　4.1砂墊層厚度的影響 </p><p>　　力學指標隨砂墊層厚度變化趨勢 </p><p>　　砌塊類鋪面力學性能對墊層厚度比較敏感。鋪面表面彎沉隨著墊層厚度的增加呈增加趨勢，而基底的彎拉應力顯著減少。

12、</p><p>　　4.2基層厚度和模量的影響 </p><p>　　力學指標隨基層厚度變化趨勢 </p><p>　　力學指標隨基層模量變化趨勢 </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>　　力學指標隨嵌縫寬度變化趨勢 </p><p>　　隨著嵌縫的寬度的增加，路面的彎沉，基頂垂直應力和基底彎拉應力都有明顯增加

14、。在相同的荷載下，接縫越窄，基頂?shù)膲簯υ叫　?</p><p>　　因此為了提高面層的板體性能應該盡可能的減少接縫寬度。這在一定程度上能解釋，世界各國在面層處理上，對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入基層，以及過大的路表永遠變形積累（車轍）造成的。車轍在使用初期主要由塊體位置的調整和砂墊層的壓密所致，之后的變形積累主要是因為重復荷載作用下砂墊層、基層和土基的永久變形的積累。在實際路面結構上，車輛荷載的反復作用和輪胎的多次揉搓，使得塊體相對移動，墊層和路基不斷壓密，最終形成車轍。 </p><p>　　出入口日常進出

16、車輛按照90輛/天考慮，設計年限取15年，設計年限內累計軸載次數(shù)計算值為492750次，本次計算累計軸載選用5.0×105次。 </p><p>　　目前港口集裝箱碼頭砌塊鋪面車轍深度通常控制在30mm以內。對于出入口處砌塊鋪面，除考慮車輛行駛平整度要求外，還需考慮行人及非機動出行舒適度要求，因此建議車轍深度控制在15mm～20mm。 </p><p>　　車轍深度隨墊層厚度的變

17、化趨勢 </p><p>　　對于剛性基層砌塊類鋪面，當墊層厚度在2cm－4cm階段車轍深度顯著增加，然后是增速趨緩，但當墊層厚度超過7cm后，車轍深度呈顯著上升。 </p><p>　　車轍深度隨墊層厚度的變化趨勢 </p><p>　　增加基層厚度對于減少砌塊鋪面的車轍深度是非常有效的方法。尤其是當基層厚度小于15cm時，增加基層厚度作用顯著。當基層結構層厚度超

18、過25cm時，增加基層厚度對減少車轍深度效果不明顯。剛性基層砌塊鋪面由于基層剛度非常大，因此車轍深度最小。在厚度大于15cm時，車轍深度僅為12mm。因此在滿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)濟效益。 </p><p><b>　　結論 </b></p><p>　　1.在基底彎拉應力在容許范圍內時，可以通過適當減少剛性基層厚度和彈性模量，從而降

19、低工程造價。即使剛性基層的厚度為5cm時，車轍量也不超過20mm?；鶎雍穸鹊倪x取時，還應滿足最小結構層厚度的要求。 </p><p>　　2.應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厚砌塊類人行道結構能夠滿足累計軸載為：5.0×105次居民小區(qū)出入口車輛出行的要求。 </p&

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