特载作用下的水泥混凝土道面承载能力分析
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摘要： 对于特殊载荷作用下的道面承载能力验算，水泥混凝土路面设计规范中基于标准轴载和当量圆模式的荷载应力分析方法不再适用，本文采用弹性层状体系假定的数值计算方法能较好完成特载作用下的应力分析；在板体温度应力计算方面，规范中计算方法依然适用，将数值计算的荷载应力分析和规范计算的温度应力分析结果叠加，即为水泥混凝土道板整体应力分析。研究表明：1）道面一、二、三承载力满足特载要求；2）道面四不能满足特载要求，但加设钢垫板后满足承载要求，加设钢垫板后道板应力改善明显，表明加设钢垫板是一种简便易行且效果明显的改善方案。文章最后提出了实施细节要求。
Abstract： Based on standard axle load and equivalent circle model stress analysis method in Specifications of Cement Concrete Pavement Design for Highway is no longer applicable to bearing capacity of cement concrete pavement in the special loads. Numerical calculation method based on elastic layered system hypothesis is been successfully used to solve stress analysis of cement concrete pavement in the special loads in the paper. In the calculation of temperature stress， calculation method of Cement Concrete Pavement Design for Highway is still applicable. The stress calculation results of numerical analysis are superimposed and temperature stress calculation results of specification to combine the whole stress analysis of cement concrete pavement. The research show that： 1） The bearing capacity of pavement one or two and three can meet requirements of the special loads； 2） The bearing capacity of pavement four can not meet requirements of the special loads， but with additional steel plate to meet the load requirements， and pavement stress is significantly improved with additional steel plate.It shows that the method of additional steel plate is simple and obvious effect. The implementation details requirements are put forward finally.
Key words： special loads；bearing capacity；stress analysis；steel plate
中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）12-0093-03
0 引言
某特载车处于工作状态时，轮胎不再受力，由四个支腿承受全部竖向载荷，支腿与地面接触面积为400mm×600mm，支腿与地接触面积上的最大分布载荷为0.8MPa，换算为单支腿集中载荷为19.2吨，4个支腿总载荷为76.8吨。为了确保特载车支腿在工作状态时的稳定，其下需要能满足承载力要求的稳定场坪，特载车工作平面尺寸要求为18m×5m。
某机场跑到分布着四种结构层组成的水泥混凝土道面场坪，其中：道面一为二级混凝土机场跑道，面层：水泥混凝土面层25cm；基层：水泥稳定碎石30cm；垫层：粘土50cm。道面二为三级混凝土机场跑道，面层：水泥混凝土面层35cm；基层：水泥稳定碎石40cm；垫层：粘土50cm；道面三为四级混凝土机场跑道，面层：水泥混凝土面层45cm；基层：水泥稳定碎石50cm；垫层：粘土50cm；道面四为备用简易跑道，面层：水泥混凝土面层22cm；基层：水泥稳定碎石10cm；垫层：天然砂砾40cm；盐胀隔断层16cm。
四种道面的结构层示意图见图1所示。
如何确定道面在特载车支腿作用下的承载能力是本文研究的重点问题，《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002）中混凝土板荷载应力分析是基于标准轴载和标准当量圆的作用模式，同时考虑标准轴载作用疲劳因素，规范中作用载荷及接触面积的大小和本文支腿接触有较大差别，规范中的公式不能直接利用。鉴于此，本文将采用有限元数值计算的方法，对特殊载荷作用下的道面的承载能力进行研究。
1 道面承载能力分析
从上述四种道面结构层强弱可以定性看出：四种道面结构层承载能力排序依次为道面三、道面二、道面一、道面四。选取承载能力较弱的道面一和道面四作为研究对象，涵盖道面二、三的承载能力验算。