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116 科技研究 城市道桥与防洪 2014年1月第 1期 不同工程条件下新老路基不协调变形特征 有限元分析 余海洋 (郑州市市政工程勘测设计研究院，河南郑州 450052) 摘 要：新老路基不协调变形是路基拓宽工程病害的最根本原因，充分掌握不同工程条件下不协调变形的特征是路基拓宽工程 设计和新老路基接合部处治的基础。运用有限元软件，建立模型对各种不同工程条件下新老路基不协调变形的特征进行有限元 仿真分析并得出结论。研究成果对道路拓宽工程中新老路基结合部处理有一定借鉴意义。 关键词 ：拓宽工程；不协调变形 ；新老路基；工程条件 ；有限元仿真分析 中图分类号：U416．1 文献标识码：A 文章编号 ：1009—7716(2014)Ol一叭16—04 板壳结构 、空间应力分析 、非线性问题 、动力分析 0 引言 及流体力学问题等方面的成功应用 ，使有限元法 随着国民经济的飞速发展，交通需求量也在 的内容越来越丰富。 急剧增加，我国很多道路的交通量己经达到饱和。 本文选用美 国 HKS公司开发 的ABAQUS程 为了提高道路服务水平，对原有道路进行拓宽改 序 ，ABAQUS的非线性分析功能具有世界领先水 造势在必行。在公路拓宽改建工程中，必定存在新 平，受到世界上许多著名公司、大学和研究部门的 老路基相互作用的问题，由于新老路堤结合部位 青睐，它可以进行结构的静态和动态分析，具有丰 的固结时间差异，导致不协调变形的产生，使结合 富的单元模式 ，如杆、梁 、钢架、板壳、实体 、无限体 部出现纵向裂缝，进一步发展会引起路堤失稳和 元等；可以模拟广泛的材料性能，如金属、橡胶 、塑 滑坡。因此 ，拓宽工程中如何控制新老路基间产生 料、钢筋混凝土、岩石和土壤等。 的不协调变形问题已成为公路改扩建过程中的一 1．2 计算模型基本假设及计算流程 个重要研究课题。 1-2_1计算模型基本假设 要有效控制老路基问产生的不协调变形 ，必 由于道路为条形结构物，其空间应力分析可 须清楚不协调变形的特点。经研究发现在不同拓 简化为平面应变问题 ，故分析中采用 ABAQUS单 宽条件下不协调变形有着不同特征，且构成不协 元库中的平面应变孔隙水压力单元4PE4P。考虑到 调变形的各组成部分计算相当复杂，涉及到新老 道路拓宽问题的影响因素比较复杂，为计算简化， 路基的共同作用 、路基及地基的固结沉降和工后 特作如下假定 ： 变形、不同土质条件等lll。这些因素很难通过纯理 (1)按照平面应变问题进行考虑，进行二维有 论解来考虑，而有限元法可以考虑复杂的边界条 限元分析。 件和模拟材料的非线性以及状态的非线性，故本文 (2)土体为弹塑性材料 ，采用修正的D—P模型 通过 ABAQUS有限元分析软件对拓宽路基不协调 进行模拟。 变形进行不同工程条件仿真分析，试图寻找不协调 (3)新老路基结合部处治较好，不会因稳定性 变形的基本特征，从而为工程设计提供理论依据。 不足而出现滑移，接触条件为完全连续。 (4)老路基和地基的初始应力场 由老路基和地 1有限单元法模型