路面结构设计论文
摘要：当水泥混凝土路面板受到正温梯度作用时，混凝土板向上翘曲，在车辆荷载作用下板面将产生向下位移，此时车辆荷载与正温梯度作用叠加后产生使混凝土板内拉应力增大的效果。

温度应力是促使混凝土路面板破坏的直接原因之一，因而研究水泥混凝土路面的温度应力具有重要的工程意义。

在水泥混凝土路面结构设计中，必须对温度变化的情况下路面板内产生的应力进行分析，以了解应力的最大值及其出现的位置。

1 温度场分析
规范通过对板边中部温度翘曲应力和面板厚度、面板长度、混凝土弹性模量以及地基模量关系进行了大量的计算，取得大量温度翘曲应力数据，并对计算结果采用回归技术进行统计分析，建立了板边中部温度翘曲应力公式：
式中，为板边中部温度翘曲应力，为路面板的温度收缩系数，为混凝土的弹性模量，为路面板厚度，为路面板的温度梯度，为温度翘曲应力系数，与路面结构相对刚度半径有关。

但由于超韧性纤维混凝土路面板薄，并不适用于本规范，按照公式计算的结果误差很大，甚至造成错误。

为此，在没有成熟的理论依据前提下，本文通过有限元进行系统分析温度应力的变化。

采用有限元分析混凝土板的翘
曲应力可以方便考虑正或负温度梯度作用下地基反力对翘曲应力的影响。

路面板温度应力的分析基于以下基本假设：①上下面层板为等厚板，且材料均质连续、各向同性；②双层板的弯曲均为小挠度变形，且四边自由；③双层板层间竖向连续、无夹层，也无脱空和嵌入现象，结合方式可分为完全结合式、完全自由式或介于两者之间的半结合式；④面层层间接触良好，不存在热阻；⑤下面层板板底与基层竖向连续。

1.1计算参数的确定和模型的建立
本文选用的材料参数见表1。

其中，面层厚度的取值范围由试验路实际厚度扩展得到，取路宽为6.5m，其中纤维混凝土板的平面尺寸为5m（宽）×5m（长），弯拉强度标准值，密度为2000kg/m3，线膨胀系数=1.0×10-5/ºC，温度梯度 =0.88 ºC/cm，其他参数见表1，有限元模型见图1。

为了使计算结果更加准确，将面板边缘最不荷载处的单元格进行了细化。

从结果来看，温度梯度相差最大的温度发生在1、2层，随着深度的增加，温度梯度逐渐减小，与规范对比结果来看，前两层温度梯度差在2 左右，这与本模型的结构形式有关。

总体来看，与规范规定吻合较好。

2 车载、温度场及其共同作用下板中应力分析
本文重点研究车载和温度应力共同作用下的超韧性纤维混凝土路面进行有限元分析。

行车荷载采用单轴双轮组标准轴载 =100kN，轮胎内压力为
=0.7MPa，单个轮压作用单圆直径按照，作用面积简化为矩形加载板边中部，在计算时仅考虑对称轴上单侧荷载作用。

分别考虑正负温度梯度和荷载共同作用下，板中应力分布情况见图3-图7。

由上图可以看出，当水泥混凝土路面板受到正温梯度作用时，混凝土板向上翘曲，在车辆荷载作用下板面将产生向下位移，所以此时车辆荷载与正温梯度作用叠加后产生使混凝土板内拉应力减小的效果。

而图7所示，水泥混凝土板受到正温度梯度作用，混凝土板向下翘曲，此时，车辆荷载与负温度叠加后产生使板内拉应力增加的效果。

3 结论
（1）本模型温度梯度与规范对比结果来看，前两层温度梯度差在2 左右，这与本模型的结构形式有关。

总体来看，与规范规定吻合较好，可做为有限元分析使用。

（2）当水泥混凝土路面板受到正温梯度作用时，混凝土板向上翘曲，在车辆荷载作用下板面将产生向下位移，此时车辆荷载与正温梯度作用叠加后产生使混凝土板内拉应力增大的效果。

参考文献
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