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傳力桿概述：

設(shè)傳力桿的水泥混凝土路面接縫通常因傳力桿松動量增加而喪失傳遞荷載的能力,甚至出現(xiàn)混凝土的擠碎破壞。在已有的力學(xué)分析模型中,有的采用彈性懸臂梁連接板或者利用代表傳力桿傳遞荷載能力的梁單元和代表混凝土對傳力桿支承傳遞荷載作用的彈簧單元建立有限元模型, 也有的建立了二維有限元模型, 但是這些模型都難以有效模擬傳力桿混凝土界面、混凝土與地基接觸狀況,因而無法精確地分析路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的各種應(yīng)力變化規(guī)律、傳力桿與混凝土界面的接觸應(yīng)力分布規(guī)律和傳力桿周圍混凝土破碎和拉裂等問題 ;同時,也不能方便地分析溫度變化以及溫度變化和車輛荷載同時作用對路面結(jié)構(gòu)內(nèi)有關(guān)應(yīng)力、應(yīng)變的影響規(guī)律 。為此 ,筆者采用通用有限元軟件 ANSYS , 利用實體單元模擬混凝土板和傳力桿 ,建立三維有限元分析模型 ,對軸載及溫度變化作用下傳力桿與混凝土界面處的應(yīng)力分布及變化規(guī)律進行分析, 旨在為傳力桿裝置的改進提供依據(jù)。

傳力桿的基本功能是在相鄰板塊之間傳遞荷載 ,同時又不限制路面板在縱向自由移動, 因此通常在傳力桿表面涂以防黏劑, 如聚乙烯膜、瀝青或各種蠟, 盡量減少傳力桿和混凝土的黏結(jié)。為防止傳力桿銹蝕 ,通常在其表面涂敷瀝青膜或環(huán)氧樹脂防銹層 ,而防黏劑通常涂敷或套在防銹層外面以減少與混凝土之間的摩擦。本文中假設(shè)傳力桿與周圍混凝土有 0. 05 mm 的初始空隙, 以模擬防黏層或防銹層 。

設(shè)置初始空隙有 2 方面作用 :一方面 ,在傳力桿不發(fā)生彎曲的情況下 , 初始空隙的存在允許板不受傳力桿的約束而自由滑動;另一方面 ,板的翹曲或拱起導(dǎo)致傳力桿彎曲, 初始空隙模擬傳力桿與混凝土能以任意角度發(fā)生不均勻或部分接觸。因此 ,假設(shè)傳力桿與混凝土界面為摩擦接觸的滑動界面。AASH O 路面設(shè)計指南建議混凝土與基層的摩擦因數(shù)為 0. 9 ～ 2. 2 ,而缺乏傳力桿與混凝土間摩擦因數(shù)的研究 ,本文中將其暫取為 0. 05 進行分析 。

傳力桿交通荷載的影響

板長分別取 4. 0 、5. 0 、6. 0 m , 板厚 26 cm , 板模量 E c =30 GPa , 地基模量 Es =150 M Pa , 傳力桿模量 210 GPa ,直徑 32 mm ,計算傳力桿與混凝土界面接觸應(yīng)力。結(jié)果表明 , 板長對傳力桿與混凝土界面接觸應(yīng)力分布規(guī)律及最大接觸應(yīng)力值影響不大。因此,只對板長為 5. 0 m 情況時的傳力桿與混凝土界面應(yīng)力分布規(guī)律進行研究 。圖 3 、4 分別為接縫面受荷板和未受荷板處傳力桿與混凝土界面的最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力和最大垂直應(yīng)力分布。圖 3(b) ～(d)中橫軸表示傳力桿與混凝土界面圓周的角度位置,0°(360°)表示傳力桿底部,180°表示傳力桿頂部,最大壓應(yīng)力發(fā)生在傳力桿底部,最大剪應(yīng)力發(fā)生在傳力桿底部兩側(cè),最大主應(yīng)力和最大拉應(yīng)力均發(fā)生在傳力桿的兩側(cè);對于受荷板 ,最大壓應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、最大拉應(yīng)力均發(fā)生在傳力桿頂部或底部, 最大主應(yīng)力發(fā)生在底部。應(yīng)力分布云圖可以更直觀地了解應(yīng)力沿圓周的分布規(guī)律。由此可見,在接縫面處傳力桿周圍混凝土高剪應(yīng)力和高支承應(yīng)力,容易導(dǎo)致與傳力桿相接觸的混凝土的擠碎和拉裂等破壞,增加傳力桿松動量,降低傳遞荷載能力,甚至導(dǎo)致板邊整體碎裂破壞。

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