水泥混凝土路面柔性功能层减振吸能作用研究

摘要

本文针对贫混凝土刚性基层水泥混凝土路面这种“刚+刚”的结构型式易产生早期断裂破坏这一问题开展研究,提出在贫混凝土基层与混凝土路面板间增设柔性功能层的“刚+柔+刚”路面结构型式,利用柔性功能层有效地缓解车轮动荷载对刚性路面的振动冲击作用,提高路面的使用性能和延长道路的使用寿命。本文着重对水泥混凝土路面柔性功能层减振吸能作用进行数值模拟,并开展柔性功能层减振吸能作用的试验研究。
　　 采用有限元软件ANSYS建立三维有限元计算模型,对比分析有、无设置柔性功能层的两种路面结构在车辆荷载、温度荷载及耦合荷载作用下的应力。分析结果表明,设置柔性功能层后,路面结构层各层层底应力有较大幅度地降低。
　　 采用Full法进行路面结构瞬态动力分析,对比分析有、无柔性功能层路面结构的动力响应规律。结果表明,柔性功能层能够有效地降低路面结构的动态应力峰值,且动态应力峰值发生在车轮经过测点后的某个时刻,有明显的滞后现象,层底位移呈波动形式逐渐向零点衰减。考虑路面不平整因素的影响,柔性功能层能够有效地减小面层、基层动态应力峰值,其效果是相当显著的。
　　 通过落球振动试验开展了水泥混凝土路面柔性功能层减振吸能作用试验研究。得知在冲击荷载作用下,路面板振动作用是一个逐渐衰减的过程,柔性功能层能够有效地减小路面板的振动响应峰值,减少路面板在外界冲击荷载作用下引起的高幅振动,其衰减效果较为显著;掺加一定量橡胶粉的柔性功能层比普通功能层具有更加优良的减振消能作用。测点离冲击荷载位置中心越远,其结构的振动响应越小;振动响应幅值基本上随钢球冲击高度呈线性增长;柔性功能层越厚,减振效果越好,但随着厚度的增加,其衰减效果逐渐趋于平缓。
　　 根据数值模拟和试验研究结果,建议柔性功能层厚度取值2～4cm,弹性模量以1000MPa～1400MPa为最佳范围。