ANSYS在混凝土基層瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用

ANSYS在混凝土基層瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用1有限元法和ANSYS簡(jiǎn)介2混凝土基層瀝青路面的應(yīng)力分析3路面結(jié)構(gòu)的建模和計(jì)算3.1幾何模型和計(jì)算參數(shù)3.2具體計(jì)算步驟3.3荷載應(yīng)力分析3.4溫度應(yīng)力分析3.5耦合應(yīng)力分析4結(jié)論1有限元法和ANSYS簡(jiǎn)介

ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和耦合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS公司開發(fā)，是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)、美國(guó)核安全局及近20種專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。ANSYS軟件主要包括三個(gè)部分:前處理模塊,分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具可以方便地構(gòu)造有限元模型。在加載求解過程中，包括位移、力、溫度在內(nèi)的任何荷載均可以直接施加在任意幾何實(shí)體或者有限元實(shí)體上，載荷可以是具體數(shù)值，也可以是與時(shí)間或者坐標(biāo)有關(guān)的任意函數(shù)。后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、立體切片顯示等圖形方式顯示出來,也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型,用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。ANSYS不僅具有結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析等，而且還具有優(yōu)化設(shè)計(jì)、建立子結(jié)構(gòu)模型等高級(jí)應(yīng)用功能。2混凝土基層瀝青路面的應(yīng)力分析混凝土基層瀝青路面以普通水泥混凝土基層和貧混凝土基層作為路面基層，上面加鋪瀝青混凝土面層，這種路面結(jié)構(gòu)可彌補(bǔ)柔性路面和水泥混凝土路面的不足，大大改善路面的使用性能，延長(zhǎng)路面的使用壽命。瀝青面層為表面功能層，主要是提高路面表面的平整度、耐磨和抗滑性能，并擴(kuò)散車輪荷載，減少?zèng)_擊振動(dòng)，防止反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展?；鶎邮擒囕v荷載和溫度應(yīng)力的主要承載層。在行車荷載和溫度變化的反復(fù)作用下，混凝土基層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力。當(dāng)行車荷載和溫度變化產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力之和超過混凝土基層的彎拉強(qiáng)度時(shí)，基層板將發(fā)生斷裂，繼而整個(gè)路面結(jié)構(gòu)破壞。因此，應(yīng)計(jì)算混凝土基層的荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力，且兩者之和不應(yīng)超過混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度，以控制因基層板斷裂而造成的結(jié)構(gòu)破壞。路面結(jié)構(gòu)不但受到行車荷載的反復(fù)作用，而且在自然環(huán)境下受到太陽輻射、氣溫等因素不斷變化的影響。因此路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度是隨著氣溫日變化、年變化而變化。當(dāng)溫度變化時(shí)，混凝土基層在溫度作用下產(chǎn)生的應(yīng)力可分為：由于基層頂與基層底溫度不一致而產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力；由于溫度均勻上升或下降引起基層的熱脹冷縮而在基層內(nèi)產(chǎn)生的脹縮應(yīng)力。脹縮應(yīng)力對(duì)溫度應(yīng)力的影響不大，且可在接縫設(shè)計(jì)時(shí)考慮，本文主要考慮溫度翹曲應(yīng)力。3舞路哈面毯結(jié)室構(gòu)批的興建拍?；蛽煊?jì)薯算3.奴1殃幾何筆模型渴和計(jì)昏算參夠數(shù)混凝字土基伯層瀝叉青路嚇面結(jié)酸構(gòu)可潮視為鮮由瀝噴青面袋層、者混凝也土基理層及規(guī)地基耐組成逃的彈綱性層恩狀體貼系。瀝青臥加鋪遼層、晴混凝正土基飾層和童地基鎖礎(chǔ)結(jié)脂構(gòu)層袖采用來8節(jié)曠點(diǎn)實(shí)基體單襖元?？h上下拍層間免的接橫觸狀咬況為其，混售凝土丹基層盈與地睜基之室間假尾設(shè)為崇絕對(duì)墻光滑女，與筒瀝青述加鋪詠層之外間假能設(shè)為誤完全絞連續(xù)怎。模型厘的邊碎界條坡件為握：（幸1）恐地基盾為彈誰性半葡空間叫體，煙根據(jù)豈收斂園性分閱析，土取為叛有限臣尺寸段?；磳訛轫氂邢抻喅叽绲?；（者2）地地基迷的底趴面為密自由噸度完兆全約授束的北固定變面，戴基層開和地棟基的蜻其它卸面均姻為自姥由懸鹽空面獄。收斂汽性分努析時(shí)晨采用梁標(biāo)準(zhǔn)告軸載闊BZ鏈Z-章10要0，假輪胎令內(nèi)壓豪0.絮7M豈Pa底，單廉個(gè)輪乖壓作燦用范錫圍1禽8.融9c最m×特18黃.9許cm滴，接疤觸面金積3博57盡.2柿1c鋒m2，雙緒輪間列距3隙2c菊m，徐兩側(cè)適輪隙是間距據(jù)18幻玉2c妹m（促圖1水）。荷載神作用次位置鄰為臨站界荷大位，狐即縱去向邊窗緣中臭部，圖輪載室作用趨如圖蘇2所勺示。圖候1捎車渣輪配布桃載箱平刪面苗圖誓（孤單裁位眾：趴c君m效）告圖從2綿臨當(dāng)界斗荷丈位畏處僵輪誦載搭作械用刮示段意喝圖計(jì)算達(dá)參數(shù)杏范圍輛的確媽定：對(duì)混逼凝土例基層僑瀝青武路面禾進(jìn)行站有限強(qiáng)元分帥析，河先要竹確定役計(jì)算逝參數(shù)理的大之小和慶范圍埋。主焰要計(jì)期算參份數(shù)如簡(jiǎn)表1訂所示囑。表帽1沿主痛要某計(jì)臺(tái)算敘參煤數(shù)結(jié)構(gòu)層厚度（cm）彈性模量（MPa）泊松比導(dǎo)熱系數(shù)（w/m℃）線膨脹系數(shù)（1/℃）瀝青混凝土面層5～23600~22000.251.22.1×10-5混凝土基層12～308500~355000.151.51.0×10-5地基－50~9500.301.00.5×10-5通社過搬收冰斂塞性更分蓄析撞，堡結(jié)豬合龍實(shí)嗎際士應(yīng)橋用介情黎況傘，渴確剛定傲混設(shè)凝壘土盼板邊塊卸尺頁寸谷為礙1背0河.燥0放m橫×援4界.派5原m漫。鴨此讀外嘉，犁已深有砍研錘究革表博明穴，鳥當(dāng)銷地吉基涌尺恥寸宿比愉混側(cè)凝釋土添板據(jù)長(zhǎng)煮寬摩方蹲向響均性擴(kuò)率大陪3收m蘆，訊深獅度委取杠為醫(yī)9賤m塞時(shí)虹，鵝混億凝杜土片板凱底自的提荷家載泛應(yīng)林力街早防已豪收漢斂唯，隙因財(cái)此裝地票基榜的更尺析寸斜取扶為針1穿6壤×逗1掛0躲.屆5令×隙9嶺m統(tǒng)。通眼過仰上刪述凡分室析礦，逢最價(jià)終高確兼定飛混廚凝光土垮基鼻層烏瀝粉青胖路挨面撞進(jìn)睡行山有裳限舟元槳分喊析井計(jì)宗算策的賞模爆型叛如麗圖蒼3差所挑示帳。疫與奮之周對(duì)塞應(yīng)樓的葡路歌面免整止體承有脹限育元艘網(wǎng)傲格曲劃銅分診如盒圖爽4步所必示依。圖3統(tǒng)結(jié)擴(kuò)構(gòu)計(jì)暢算?？葱停ㄋ螁挝徽拢篶刑m）圖鋼4扎路滅面皆結(jié)鳥構(gòu)礙有甩限舍元餓網(wǎng)怨格眼劃視分卷圖表2鴉列舉扮了瀝免青層井厚度ha為0館～2填0c脅m,擾基層順厚度h匹c為剪2胸2資c蹲m胃時(shí)很，夾各丙自撈然憤區(qū)錫劃痰內(nèi)緊最愈大咱溫私度偷梯毫度青變攏化純范劣圍因。表晃2哪不低同很自出然迎區(qū)的劃卵最幟大轎溫絲式度趕梯頓度董推銜薦掠值均(展℃奴/急c嘉m古)ha(cm)自然區(qū)劃ⅡⅢⅣⅤⅥⅦ00.88～0.940.95～1.000.93～0.980.90～0.960.92～0.970.98～1.0440.62～0.660.65～0.710.64～0.700.63～0.680.64～0.690.69～0.7480.43～0.460.48～0.510.46～0.500.44～0.470.45～0.490.50～0.53120.30～0.320.32～0.340.31～0.330.30～0.320.30～0.330.33～0.35160.30～0.310.32～0.330.31～0.320.30～0.310.30～0.310.33～0.34200.30.320.310.30.30.33當(dāng)基頑層厚獅度變測(cè)化時(shí)循，可硬按表擾3進(jìn)兩行修銳正。表理3扇不辯同界基兔層啞厚疑度鍬最昆大理溫布度磨梯南度音修廚正第系扣數(shù)在進(jìn)閱行熱慢與結(jié)懷構(gòu)的攀耦合攜分析駛中,大主要未考慮堡溫度料相對(duì)月穩(wěn)定悉時(shí)的工翹曲帖應(yīng)力務(wù),將逮各層亡接觸牙面溫?cái)U(kuò)度作循為約鼠束條防件,腎不考幅慮空炕氣的治對(duì)流呆和路砌面的惑輻射復(fù),通高過計(jì)慌算可芝求得釀各節(jié)寬點(diǎn)的慢溫度駐分布念,另速外也彼可以閃輸入爐輻射朗量、東對(duì)流再系數(shù)坡等參記數(shù)直州接求乓出溫?zé)岫确謰鸩?蟻但需到考慮鳥一天輸中溫?fù)]度近辱似于貼正弦破分布指,較宅復(fù)雜宣,可畝操作攔性不丸強(qiáng)。撫AN眠SY由S輛軟件優(yōu)中對(duì)拌于熱脂應(yīng)力挺分析淹問題售推薦罰采用派順序庫耦合陪分析帥,先附進(jìn)行辦熱分驅(qū)析計(jì)擾算,癢將熱優(yōu)分析怎所得友的節(jié)風(fēng)點(diǎn)溫走度施腎加到趣結(jié)構(gòu)輩單元嚇的節(jié)許點(diǎn)上給,再機(jī)求解事溫度未應(yīng)力釀,施腳加汽區(qū)車荷咳載后魔可單財(cái)獨(dú)求有汽車牛荷載罷應(yīng)力征或汽朋車和誓溫度紐奉共同鵝作用彎下產(chǎn)師生的協(xié)應(yīng)力求。為功便于唇與規(guī)填范計(jì)償算值捏對(duì)照少,先缸用A鋪NS往YS游分即別求姨出溫價(jià)度應(yīng)典力、盡荷載貢應(yīng)力謀,再齒探討況溫度熱場(chǎng)和納行車蝴荷載恩對(duì)路鞏面所愁形成濤的復(fù)容合應(yīng)遲力。基層厚度（cm）1618202224262830修正系數(shù)1.241.151.0810.930.870.810.76材拒料揭的莫幾仗種辯強(qiáng)沃度浩理匙論（1舅）最壁大拉菌應(yīng)力揚(yáng)理論這一奇理論招認(rèn)為礎(chǔ)最大菌拉應(yīng)抵力是多引起靠材料議脆性羅斷裂火破壞倦的主難要因多素。濾即不做論材掏料處磚于什令么應(yīng)阿力狀稼態(tài)，荷只要默最大澆拉應(yīng)符力達(dá)幼到了替材料直在簡(jiǎn)峽單拉腳伸破拾壞時(shí)趁的極伏限應(yīng)毅力，途就會(huì)顏發(fā)生腳脆性阻斷裂瘦破壞素。（壯2興）曉最敲大線剪呢應(yīng)勺力糊理禿論這一臺(tái)理論泥認(rèn)為姓最大桂剪應(yīng)乏力是子引起脾材料洽塑性岸屈服柜破壞隊(duì)的主飄要因殺素。瘋即不送論材默料處穩(wěn)于什斧么應(yīng)篇力狀駝態(tài)，遍只要襪危險(xiǎn)背點(diǎn)最圓大剪吧應(yīng)力善達(dá)到尿了材透料在積簡(jiǎn)單紡拉伸繭屈服淋時(shí)的煎極限潑剪應(yīng)醬力，綁就會(huì)蠻發(fā)生訂屈服悲破壞爹。（3掙）形筍狀改巾變比偏能理熱論這慣一狠理好論訓(xùn)認(rèn)哭為繡形佛狀霧改句變意比據(jù)能歡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