玄武岩纤维贫混凝土复合式沥青路面荷载应力分析

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发布时间：2021-09-03

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玄武岩纤维贫混凝土复合式沥青路面荷载应力分析
何春燕，刘朝晖，袁鹏。
(1．安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥230088； 2．长沙理工大学交通运输工程学院，湖
南长沙410004； 3．广西宏冠工程咨询有限公司，广西南宁530000)
[摘要】在三维等参元理论和弹性层状体系理论的基础上，运用大型通用有限元分析软件ANSYS，分析了玄
武岩纤维贫混凝土基层沥青复合式路面(BFRLC+AC)荷载应力，确定了路面结构的临界荷位，及BFRLC板的合
理板长，研究了不同沥青面层厚度、沥青面层模量、BFRLC板厚度、BFRLC板模量及基础模量对玄武岩纤维贫混凝
土基层层底应力的影响。为BFRLC+AC复合式路面结构设计提供一定的理论基础。
[关键词】道路工程；荷载应力；三维有限元；玄武岩纤维贫混凝土基层；复合式路面
[中图分类号】U416．224；U416．01 [文献标识码】A [文章编号]1674—0610(2015)06—0017—04
Analysis of Load Stress for Basalt Fiber Reinforced Lean Concrete
Composite Asphalt Pavement
HE Chunyan,~
， LIU Zhaohui ，YUAN Peng
1．Anhui Transport Consulting& Design Institute Co．，Ltd．，Hefei Anhui 230088，China； 2． School of
Communication and Transportation Engineering ，Changsha University of Science and Technology，Changsha
Hunan 410004，China； 3．Guangxi Hongguan Engineering Consulting Co．，Ltd．，Nanning，Guangxi
530000，China)
[Abstract]Based on the theory of three—dimensional isoparametric element and elastic layered
system theory，using the large general finite element analysis software ANSYS，this article analyzed the
load stress of the basalt fiber lean concrete base with asphalt pavement composite(BFRLC+AC)，determined
the critical load of pavement structure，and the reasonable length of BFRLC plate，studied the influence
of basalt fiber reinforced lean concrete base layer bottom stress by the different asphalt layer
thickness，modulus of asphalt road surface，BFRLC plate thickness，BFRLC plate modulus and foundation
modulus．To provide certain theoretical basis for BFRLC +AC compound pavement structure design．
[Key words]road engineering；load stress；three dimensional finite element；BFRLC；composite
pavement
0 前言
目前我国高速公路上车辆荷载重载和超载现象
严重，使得早期按当时路面设计规范设计的路面结
构难以承受如此重大的交通荷载，大部分道路难以
达到预期的正常大修年限以及使用寿命，造成巨大
的资源浪费。近年来，以普通水泥混凝土(PCC)、连
续配筋混凝土(CRC)、碾压混凝土(RCC)、贫混凝
土(LCC)、横缝设传力杆的普通混凝土(JPC)、钢纤
维混凝土(SFRC)等作为冈lj性基层的复合式沥青路
面能有效避免新建道路的早期破坏及其具有“长寿
命”的优势，得到了快速发展¨ 。
玄武岩纤维贫混凝土基层复合式沥青路面(BF．
RLC+AC)是将玄武岩纤维贫混凝土基层(BFRLC：
Basalt Fiber Reinforeed Lean Concrete)的高强度、良
好整体性及抗裂性与沥青混凝土(AC：Asphalt Pave．
ment)的行车舒适性相结合的一种新型复合式沥青
结构。玄武岩纤维贫混凝土基层可以满足大交通量
和重载路面的高强度要求，以及有效防止或延缓其
他刚性基层自身存在的反射裂缝问题，是重载交通
[收稿日期】2014—06—19
【基金项目]国家自然科学基金项目(51178062；51038002)；交通部应用基础研究项目(2011319825040)
【作者简介]何春燕(1987一)，女，湖南永州人，硕士研究生，主要研究方向：路基路厩工程，道路新材料。
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第6期何春燕，等：玄武岩纤维贫混凝土复合式沥青路面荷载应力分析 19
洼：AC 代表横缝边缘。AC代表纵缝边缘。B为板巾位置。
图2 荷载位置图(单位：em)
Figure 2 Load location map(Unit：cm)
表2 不同荷位时板底最大弯拉应力
Table 2 Maximum bending tensile stress of slab bottom nn·
der different loading
凝土板相同。
② BFRLC板平面尺寸变化对临界荷位的影响。
为了探究BFRLC板的不同平面尺寸对临界荷
位的影响及确定一个合理的BFRLC板长。取常用
的水泥混凝土板宽及板长尺寸，板宽分别取3．5，
4．0，4．5，5．0，5．5 m；板长取5，8，l0，15 m。
当板长取10 Ill，板宽取3．5—5．5 m时，计算结
果见表3，其他参数同前。
表3 BFRLC板宽对板底最大弯拉应力(MPa)的影响
Table 3 Influence of BFRLC plate width to maximum bending
tensile stress of slab bottom
由表可知：随着BFRLC板宽的逐渐增大，横缝
边缘板底最大应力由0．725 0 MPa增大到0．777 8
MPa，整体呈增大趋势；而纵缝边缘板底最大应力由
0．852 7 MPa减小到0．838 8 MPa，整体呈减小趋
势；且当BFRLC板的平面尺寸较大(超过4．5 In×
10 n1)时，板宽在一定范围内变化对板底最大应力
影响相对很小。
板宽取为4．5 Ill，h =0．24 ca，其余参数同前，
运用ANSYS软件计算不同板长时BFRLC板底弯拉
应力，计算结果如图3所示。由计算结果可知：板
底最大应力随着板长的增加而增大，但是增大的幅
度在逐渐减缓。当板长为10 In或者更长时，板底应
力基本保持不变。
图3 BFRLC板长对板底最大弯拉应力的影响
Figure 3 Influence of BFRLC plate length to maximum ben．
ding tensile stress of slab bottodl
综上所述，在国内常用混凝土板平面尺寸范围
内，BFRLC板的临界荷载位置与普通混凝土路面相
同，即BFRLC+AC路面设计中，板的临界荷位出现
在纵缝边缘的中部。
同时，由板长对板底最大弯拉应力的影响分析
可知，随着BFRLC板板长的增加，板底最大弯拉应
力趋于一个稳定值。普通水泥混凝土路面(PCP)不
开裂板块的临界板长为6—10 In，钢筋混凝土路
面(JRCP)设计板长也只能取小于2 ⋯ 。由