论文部分内容阅读
西南地区主要为山地丘陵地貌,夏季降雨丰沛,为山洪、泥石流等地质灾害的孕育创造了地理优势。沿河公路依山傍水,地质灾害频发,公路洪灾损失严重,混凝土悬空路面板即是公路水毁典型形式中的一种常见形态。本文以沿河公路悬空路面板为研究对象,利用复合材料等效原理、有限元模拟、弹性地基薄板理论、断裂力学、材料力学等知识,分析其在自重和车辆荷载作用下的三维断裂破坏机制。根据路面板悬空程度,结合路面裂纹状况,得出了混凝土悬空路面板的极限承载力,并据此划分出安全行车区域,通过交通管制,限定通行车辆荷载和通行区域,防止悬空混凝土路面板发生突然的脆性断裂破坏,以保障人民生命财产安全。取得主要成果如下:(1)基于复合材料理论,采用细观力学的方法,以混凝土悬空路面板裂纹扩展规律为依据,得出了并串联模型和串联体模型两种等效混凝土弹性模量预估计算方法,在优化的基础上实现了将钢筋混凝土悬空路面板等效为均质板的过程,为有限元分析和理论分析提供支撑。(2)运用ANSYS有限元模拟,对平行悬空和角部悬空混凝土路面板进行数值模拟,考虑悬空比例、车辆轴载、车辆荷位的因素,分析其应力场分布,获得了最大拉应力分布规律和最不利车辆荷位,为理论分析奠定基础。(3)基于Winkler弹性地基薄板理论,借鉴Westerggard分析无限大板荷载应力思路,将平行悬空路面板通过力学简化处理,转化为非悬空有限尺寸路面板模型,进一步求得受剪面上拉应力公式。(4)按照断裂力学方法,采用带表生裂纹的三维断裂模型,求得平行悬空路面板在自重和车辆荷载作用下的极限承载力公式。(5)按照材料力学的方法计算刚性路面荷载应力,得到了角部悬空路面板拉应力计算公式,结合断裂力学的方法,采用带表生裂纹的三维断裂模型,求得角部悬空路面板在自重和车辆荷载作用下的极限承载力公式。