基于有限元计算的水泥路面板脱空指标研究.doc

基于有限元计算的水泥路面板底脱空评定指标研究 殷魏峰 （江苏宁扬高速公路有限公司宁扬管理处 江苏 南京 211515） 摘 要：采用PFWD检测了水泥混凝土路面板不同位置处的实际弯沉值，根据横缝不设传力杆的高速公路水泥混凝土路面板脱空发展的一般规律，确定了板中不脱空对应的弯沉值。通过三维有限元模拟计算，分析了不同脱空尺寸下不同位置的理论弯沉，得到脱空面积与弯沉值的回归计算式，最终确立了板边板角脱空的弯沉指标。 关键词：水泥混凝土路面，脱空评定，手持落锤式弯沉仪，弯沉检测 中图分类号：U416.216 Study on Void Evaluation Index Beneath Concrete Slabs Based on the Finite Element Method Abstract：The deflections of different positions of cement concrete slabs were detected by utilizing PFWD, and based on the general progression law of the void beneath cement concrete slabs of concrete slabs which without dowl bar, the deflection of center of slabs which without void was determined. By using the finite element method, the deflections of different positions under different void sizes were systematically analyzed, and established the formula of void area and deflection, eventually determined the deflection index of slab corner and edge used for void evaluation. Key words：Concrete pavement, Void evaluation, Portable Falling Weight Deflection(PFWD), Deflection detection 0.引言 在旧水泥混凝土路面上直接加铺沥青罩面层是改善行驶性能的一种技术手段。但当水泥混凝土板底存在脱空时，荷载作用下接缝位置处加铺层底将产生应力集中，加快了反射裂缝的发生和发展，最终将导致沥青加铺层过早地开裂、破坏。因此对于加铺前的水泥混凝土路面，如能评判出板下脱空的位置和面积，加铺前采取有效的修复措施，可阻止此类病害的发展[1]。 良好的脱空处治效果是基于对脱空面积和尺寸的准确判定基础之上的，而现有的研究中，对脱空的具体指标研究较少，为此本文基于实测弯沉和有限元计算，对不同位置处的脱空弯沉指标展开研究。 1.PFWD弯沉检测 1.1 PFWD简介 应用PFWD(如图1)对刚性路面进行弯沉检测时，为了确保路面板弯沉对荷载响应的敏感度[2]，将标准锤重从10kg加大至20kg，作用于路面的是直径为30cm的圆形均布冲击荷载，荷载随时间的变化图式为半正弦波，作用时间为25ms。荷载作用图示如图2。 图1手持落锤式弯沉仪（PFWD） 图2 PFWD脉冲荷载作用图式 1.2弯沉检测方法 应用手持落锤式弯沉仪进行弯沉检测包括三个步骤：板块编号—路面弯沉测试—弯沉数据采集。鉴于检测十分便利，为了充分了解混凝土板不同位置的脱空情况，弯沉检测按照板中、板角(4个)和板边(4个板边的中点)共进行9个点的弯沉测量，如图3所示。 为了保证检测数据的准确性和可靠度，应对同一点进行3-4次检测，舍去第一次检测的数据，取余下准确数据的平均值。 a) 路面弯沉测试 b) 数据采集系统 c) 测点布置示意 图3 PFWD弯沉检测 2 .板底脱空发展一般规律 根据已有研究成果[4]，不设传力杆水泥混凝土路面板底脱空基本规律是：板角最容易脱空，沿着行车方向的前板板底脱空区小于后板；板边脱空发展滞后于板角，并且横向板边脱空区大于纵向板边；除板块断裂外，板中基本不脱空。 3.路面板底脱空指标分析 3.1板中弯沉统计分析 由检测的216块路面板板中弯沉值，统计出板中弯沉的分布范围和累积频率，如图4所示： 图4板中弯沉实测数据频率分布和累计分布图 从累计分布曲线可以看出，95%的板中实测弯沉数据小于8(0.01m