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基于高模量皇冠集团app下载混合料的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构优化设计研究
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基于高模量皇冠集团app下载混合料的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构优化设计研究
2022年07月25日    阅读量:2353    新闻来源:皇冠集团app下载网 tashengreen.com  |  投稿

摘要:通过采用高模量皇冠集团app下载混合料,对全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构进行了优化设计,根据不同皇冠集团app下载材料参数,分别计算分析了3种全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构皇冠集团app下载层底拉应变与路基顶面压应变,得到了不同全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构层的厚度。结果显示,方案1中高模量皇冠集团app下载混合料层底的允许拉应变为72.0 × 10?6,路基顶面允许的压应变为230.5 × 10?6,可以满足结构所需的最小结构层厚度为9 cm;方案2中高模量皇冠集团app下载混合料层底的允许拉应变为70.5 × 10?6,路基顶面允许的压应变为230.5 × 10?6,可以满足结构所需的最小厚度为26 cm,为了便于施工可以将其分成8 cm,9 cm和9 cm。优化设计的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载相比原方案有效降低了皇冠集团app下载层厚度,在满足相同荷载作用条件下,对全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构进行了降低成本优化,减小了皇冠集团app下载结构因过度冗余设计所导致的资源浪费皇冠集团app下载网tashengreen.com


关键词: 全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载;高模量;皇冠集团app下载结构;厚度


1 引言

我国高速公路皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构总厚度通常在70 cm以上,随着我国对环保工作的重视,高能耗,高污染及破坏环境的砂石料开采加工被大量限制,导致公路建设用砂石料资源严重缺乏,不仅严重影响公路建设进度,同时也极大增加了皇冠集团app下载工程造价。全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载是指皇冠集团app下载混合料直接铺筑在土基上的一种特殊皇冠集团app下载结构,与传统皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构相比,皇冠集团app下载总体厚度可较传统减薄30 cm以上,节约资源的潜力巨大。


全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载,在美国,德国,法国,澳大利亚以及加拿大一些州等国成为高速公路的主要结构类型之一,在重,中交通上得到大量应用。尤其是美国的永久性皇冠集团app下载设计方法及MEPDG设计方法,欧洲的“绿色公路”技术体系《长寿命柔性皇冠集团app下载设计指南》和法国的皇冠集团app下载皇冠集团app下载设计规范等都对全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构设计提出了相应的要求 [1] [2] [3]。而在我国,全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构仍然处于探索阶段。王林等在滨州至大高永久性皇冠集团app下载试验路中采用了总长3公里的3种全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构,试验段经过运营15年,3种全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构均表现出良好的服役性能,验证了该皇冠集团app下载结构的可靠性与可行性 [4] [5] [6]。


本文针对我国传统皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构厚度大,资源消耗大的问题,结合全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载的结构特点,基于高模量皇冠集团app下载混合料,提出两种重载交通条件下高速公路全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构,对该结构进行了力学计算分析与优化,确定了皇冠集团app下载结构层层厚。研究成果对降低公路建设资源消耗,提高道路使用性能,降低工程造价等具有显著的经济和社会效益。


2 皇冠集团app下载结构设计方案

原设计的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构与优化计算的设计方案见图1。其中,原设计方案上面层为最大粒径13.2 mm的皇冠集团app下载玛蹄脂碎石混合料(SMA-13),中下面层分别为最大粒径20 mm的高模量皇冠集团app下载混合料(EME-20),柔性基层为最大粒径25 mm的大粒径透水性皇冠集团app下载混合料(LSPM-25),路基上部设置最大粒径13.2 mm的密级配皇冠集团app下载混合料(AC-13F)作为抗疲劳层。而优化设计的皇冠集团app下载结构方案1和方案2与原设计方案有较大的不同,方案1采用了高模量皇冠集团app下载混合料(EME-20)置于柔性基层下部,使EME-20主要起到抗疲劳的作用;方案2则进一步简化了材料类型除表面层外全部采用了EME-20。方案1和方案2都需要计算确定EME-20皇冠集团app下载层的厚度。

图1. 全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构初步设计


3 分析方法与参数

对于全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构的设计计算与分析,采用国际上较为成熟的法国皇冠集团app下载结构设计软件ALIZE以及法国皇冠集团app下载结构设计规范(NF P98-086)。在ALIZE中变换轴载为我国100 kN标准轴载(表1),设计年限为20年,路网类型为高速公路,等效温度21.8℃,路基强度采用法国标准PF3等级(80 MPa)。分析计算时,采用的皇冠集团app下载材料参数见表2。




全厚式皇冠集团app下载结构厚度设计分析的主要控制指标为:皇冠集团app下载层底的水平拉应变和路基顶面的竖向压应变,同时还要满足皇冠集团app下载层疲劳次数的要求。


4. 计算与分析

首先,采用我国的标准轴载计算全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构原方案的力学状态,其中皇冠集团app下载层底拉应变(即AC-13F层底)为52.1 × 10?6,路基顶面压应变为151.8 × 10?6。此时,原方案计算出的皇冠集团app下载层底拉应变小于AC-13F材料允许拉应变105 × 10?6,满足要求。然后,为了准确获取原方案皇冠集团app下载结构所能承受的交通量,需要根据AC-13F的抗疲劳次数与计算得出的皇冠集团app下载层底拉应变反算交通量。计算可以得到,设计年限内累计当量轴次NE为68,527,000轴次,日交通量为4708辆重车/每天/车道。根据法国规范分类,其交通等级为TS+。最终,后续优化设计的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构均采用该交通量进行计算分析。


进一步优化设计全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载方案1和方案2中EME-20皇冠集团app下载层的厚度。按照反算得到的交通量参数和方案1,方案2中设计的SMA-13,LSPM-25等结构层厚分别计算各方案中EME-20层厚度。


对于方案1,预设EME-20层的厚度,通过结构层厚度敏感性分析,计算得到皇冠集团app下载层底弯拉应变与EME层厚度的对应关系见图2。此时,计算得出皇冠集团app下载层底层EME-20的允许拉应变为72.0 × 10?6,路基顶面允许的压应变为230.5 × 10?6。根据图中可以得到,由于皇冠集团app下载层底弯拉应变要小于允许值72.0 × 10?6。因此绿色部分为皇冠集团app下载层最底层EME-20层可以满足结构所需的厚度,其中最小结构层厚度为9 cm。对皇冠集团app下载层底EME-20厚度为9 cm的方案1进行力学验算,验算结果见表3,可以得到所有计算值均小于允许值。全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载方案1中位于皇冠集团app下载层底的EME-20最小厚度可以采用9 cm。

对于方案2,通过结构层厚度敏感性分析,计算满足应变要求下的结构层厚度,得到的皇冠集团app下载层底弯拉应变与EME层厚度的对应关系见图3。计算得出EME-20层底的允许拉应变为70.5 × 10?6,路基顶面允许的压应变为230.5 × 10?6。根据图中结果可以得到,由于皇冠集团app下载层底弯拉应变要小于允许值70.5 × 10?6。因此绿色部分为EME-20层可以满足结构所需的厚度,其中最小厚度为26 cm。以该最小厚度对方案2设计出的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构进行力学验算,验算结果见表4,所有计算值均小于允许值。全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载方案2中位于皇冠集团app下载上面层以下的EME-20层总体最小厚度可以采用26 cm,为了便于施工可以将其分成8cm,9 cm和9 cm。

由图4可知,通过对全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构材料,层位以及厚度等因素的优化,新的方案相比原设计方案可以有效降低皇冠集团app下载层厚度,由原40 cm减小至30 cm。其中,方案2只采用了两种混合料类型就满足了交通荷载的要求,再减薄皇冠集团app下载层厚度的同时还简化了施工工艺。而方案1则将EME-20用于抵抗层底拉应变和疲劳荷载的作用,其效果与原AC-13F的性能相当。方案1和方案2均在满足相同荷载作用条件下,对全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构进行了降低成本优化,减小了皇冠集团app下载结构因过度冗余设计所导致的资源浪费。


5 结论

1) 方案1中皇冠集团app下载层底层EME-20的允许拉应变为72.0 × 10?6,路基顶面允许的压应变为230.5 × 10?6。皇冠集团app下载层最底层EME-20层可以满足结构所需的最小结构层厚度为9 cm。


2) 方案2中EME-20层底的允许拉应变为70.5 × 10?6,路基顶面允许的压应变为230.5 × 10?6。EME-20层可以满足结构所需的最小厚度为26 cm。全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载方案2中位于皇冠集团app下载上面层以下的EME-20层总体最小厚度可以采用26 cm,为了便于施工可以将其分成8 cm,9 cm和9 cm。


3) 新的全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载设计方案相比原方案有效降低了皇冠集团app下载层厚度,在满足相同荷载作用条件下,对全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构进行了降低成本优化,减小了皇冠集团app下载结构因过度冗余设计所导致的资源浪费。


参考文献

[1]王林, 韦金城, 张晓萌, 等. “四个一体化”破解长寿命皇冠集团app下载皇冠集团app下载技术瓶颈[J]. 科学通报, 2020, 65(30): 3238-3245.

[2]李伊, 刘黎萍, 孙立军. 全厚式皇冠集团app下载皇冠集团app下载温度场预估模型[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2020, 48(3): 377-382.

[3]王林, 王晓燕. 山东在长寿命皇冠集团app下载技术方面的探索[J]. 中国公路, 2020(14): 33-35.

[4]王旭东. 足尺皇冠集团app下载试验环道皇冠集团app下载结构与材料设计[J]. 公路交通科技, 2017, 34(6): 30-37.

[5]李涛, 刘宁, 张涛. 全厚式高模量皇冠集团app下载混凝土皇冠集团app下载结构设计及力学分析[J]. 公路, 2013(4): 90-94.

[6]沈孔健. 全厚式长寿命皇冠集团app下载皇冠集团app下载轴载换算方法研究[J]. 石油皇冠集团app下载, 2012, 26(1): 29-31.


来源:材料科学, 2021, 11(2)

作者: 张 新, 姚 望, 章清涛:山东高速股份有限公司,山东 济南;张晓萌, 韦金城, 孙兆云:山东省交通科学研究院,山东 济南

标签:综合论文技术中心皇冠集团app下载混凝土
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