基于有限元分析的排水路缘石设计与开发

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路缘石作为道路附属构筑物,目前仅有挡水功能,不具有排水功能。路面雨水通过道路横坡漫流至路缘石处,然后沿路缘石汇流至附近的雨水口接入市政排水系统。目前常规的道路排水是通过间距30~40m的雨水口来收水的,当暴雨强度过大或雨水口堵塞时,必将导致路面积水,从而影响行车安全。本文针对现行城市道路排水设施存在的不足,在现有的道路路缘石基础上开发出一种具备排水功能的路缘石,用作城市道路排水构件。首先对排水路缘石外形及内部孔径进行设计,初步选取几种不同大小的尺寸及不同的荷载位置,通过ANSYS有限元软件对排水路缘石进行建模,施加边界条件及荷载,对模型的荷载计算结果进行分析。然后通过自制排水路缘石模具,成型排水路缘石构件,并在构件表面选取五个位置,贴应变片并且接通应变仪,同时对试件进行加载,验证其力学特性。最后,通过对设计路段内的天气水文条件和排水管道的水力条件进行计算,验算了排水路缘石的排水能力。本文主要结论如下:(1)进水口尺寸对结构整体变形、主应力和主应变的影响很小,排水孔尺寸是影响结构整体变形、主应力和主应变的主要因素。排水孔尺寸越大,结构变形、主应力和主应变越大。当荷载作用在进水口正上方,构件上部中间位置时,结构整体变形、主应力和主应变均最大。(2)由于排水孔尺寸对构件的影响大于进水口,所以荷载作用位置下方排水孔弧顶位置处的拉应力总是要大于荷载作用下方进水口弧顶位置处的拉应力;由于进水口的存在影响了排水路缘石进水口同侧的应力分布,所以进水口左边的应力大于右边的应力,同时两者又大于排水路缘石进水口对侧的应力。从有限元分析结果和试验结果来看,在荷载作用下,构件应力最大的位置位于荷载作用位置下方、排水孔上方位置荷载作用位置下方排水孔弧顶位置处。(3)综合有限元分析结果和承载能力试验结果可以得出,排水孔半圆半径为80mm,进水口半圆半径为40mm的排水路缘石既满足承载能力的要求,又相对来说能最大程度满足排水要求,所以选择该种型号的排水路缘石为最终选定尺寸的排水路缘石。(4)通过对设计路段内排水路缘石的排水能力的验算可知,所选型号的排水路缘石排水能力可以满足排水要求。
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