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基于ANSYS的双层配筋CRCP温度翘曲应力数值分析.docx

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基于ANSYS的双层配筋CRCP温度翘曲应力数值分析

占逸;吴瑞麟;陈旭;蒋德鑫;胡文武

【摘要】本文以实测数据为基础,运用ANSYS有限元仿真软件,针对实际工程特定结构,分别从配筋和裂缝两个方面分析双层配筋CRCP温度翘曲应力.研究结果表明:由于裂缝的影响,双层配筋CRCP混凝土最大温度翘曲应力位于板中板宽方向,其值远小于屈服强度;随着配筋率的增加,双层配筋CRCP混凝土温度翘曲应力在板长方向增大,板宽方向变化不大,板长影响显著;改变配筋方式,钢筋间距的影响较钢筋直径的影响大;单、双层配筋形式对混凝土翘曲应力的影响不大;裂缝的形成与双层配筋CRCP混凝土温度翘曲应力关系密切;裂缝间距越大,混凝土翘曲应力越大;裂缝宽度越大,混凝土翘曲应力越小;通过NOLA计算法分析双层配筋CRCP纵向钢筋温度应力,发现纵向钢筋主要承担温缩应力,温缩应力占90%以上,温度翘曲应力的影响很小,可以忽略.

【期刊名称】《土木工程与管理学报》

【年(卷),期】2019(036)003

【总页数】7页(P177-182,189)

【关键词】道路工程;CRCP;温度翘曲应力;有限元仿真

【作者】占逸;吴瑞麟;陈旭;蒋德鑫;胡文武

【作者单位】武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉430023;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074

【正文语种】中文

【中图分类】U416.216+.2

双层配筋CRCP是指在面层内配置双层纵向连续钢筋和横向钢筋,横向不设缩缝的连续配筋水泥混凝土路面,其中横向钢筋起着架立支撑的作用,纵向钢筋不仅起着约束裂缝的作用,还可承担部分车辆荷载。

本文依托于武汉市城建委科技计划项目《极重荷载条件下城市道路双层连续配筋水泥混凝土路面设计及技术研究》(项目编号:201502)以及武汉市“21号公路”的双层配筋CRCP工程项目。现场检测数据表明车辆荷载的影响远远小于温度荷载。在极端温度应力作用下,钢筋所承受的拉应力可高达其屈服强度的50%以上[1]。针对这一实测情况,利用ANSYS有限元仿真分析软件,对双层配筋CRCP的温度翘曲应力进行仿真分析。

1项目概况及现场测量

1.1工程概况

21号公路位于武汉市青山工业区,周围有武钢、武汉石化、80万吨乙烯等多个“国”字号大型企业,道路交通组成中货运交通占比较大,超载重载情况十分严重,导致多次改建(大修)的常规沥青、水泥混凝土结构路面反复破损。为此设计单位提出“承载型”双层配筋CRCP的设计理念,路面设计结构如图1所示。

图1武汉市“21号公路”路面结构/cm

其中双层配筋CRCP的上层横纵钢筋采用18@160,距离道路表面7cm;下层横纵钢筋采用20@160,距离道路表面26cm。钢筋采用三级螺纹钢筋HRB400,纵向钢筋配筋率和横向钢筋配筋率均达到1.18%。

1.2现场测量

为研究温度对双层配筋CRCP钢筋应力的影响规律,在21号公路试验段三个截面中埋置了上、下两层钢筋应力计见图2,其中1-1,2-1,3-1处钢筋应力计带有测量温度的功能。

图2仪器布设

1-1,2-1,3-1埋点靠近道路中心线且相距0.5m,1-3,2-3,3-3埋点靠近道路边缘且相距0.5m,1-2,2-2,3-2为3.5m车道中心线处距道路边缘1.75m。从施工开始至路面投入运行的两年当中,课题组不间断地测量了试验段钢筋应力、温度的变化,及裂缝的发展情况。

2有限元建模及验证

2.1有限元建模

采用有限元方法分析钢筋混凝土结构时,通常有三种方法:分离式、整体式和组合式。为尽可能地模拟真实路面受力状况,本文选择应用较为广泛且比较符合实际情况的分离式[2~4]。路面宽度及路面结构各层厚度参数的选取均依照实际情况,用solid65单元模拟混凝土,link8单元模拟钢筋,假设钢筋与混凝土之间完全粘结。裂缝用填充虚拟材料的方法,即按测量的裂缝平均间距0.58m[5]在模型中进行切缝,裂缝宽度取0.5mm,在裂缝中填充材料进行模拟,通过变化填料的刚度来模拟裂缝的情况,填料同样用solid65单元模拟。面层和沥青层间采用接触对的形式来模拟面层与沥青层的摩擦,摩擦关系为线性关系,其他各层完全粘结。面层边界条件为完全自由,基层四周固定约束,路基的四周和底面为固定约束。模型采用映射网格划分,单元体大小为0.16m。厚度方面,土基采用5m厚的弹性半空间体进行模拟,板长通过试算取14.4m,有限元模型及网格划分见图3。

图3有限

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