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(5)砼路面薄板的弹性曲面微分方程
写出z方向的力的平衡方程,简化以后,略去微量,得到:。
第三节 水泥路面的应力分析
1、文克勒地基板荷载应力分析
(1)文克勒地基
以反应模量K表征的弹性地基,它假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正比,而与其他点无关,即地基相当于由互不相联系的弹簧组成,它因首先由捷克工程师文克勒提出而得名,也称为K地基、弹簧地基。
(2)三个车轮荷位
,;相对刚度半径为:。
(3)最大弯拉应力位置
①荷载中心处板底; ②荷位下板底;
③板表面距板角点x1的分角线上
(4)威斯特卡德早期应力计算公式
①板中荷位:;
当荷载圆半径较小,与板厚相差不大时,板受力接近厚板,需修正,即:R<0.5h时,用当量计算半径b代替R,
。
②板边荷位:;
③板角荷位:;
(5)威斯特卡德公式的试验修正公式
①角隅修正
威氏公式是理论推导得来的,与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了试验路,对公式进行了修正。
板体与地基紧密接触时,不修正,理论值近似于实测值;
板底脱空时,实测比计算大30%~50%,需修正,Kelly提出板角修正式: ②板边修正
板与地基保持接触时,不修正;而与地基脱空时,Kelly修正式:
。
③板中修正
实测板中应力小于理论值,说明地基不完全符合文克勒地基的假定;
④应力表达通式
2、弹性半空间体地基板的荷载应力分析
(1)弹性半空间地基
是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基,假设地基为一各向同性的弹性半无限体,在荷载作用下其顶面上任一点的挠度不仅同该点的压力有关,也同其它各点的压力有关。
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根据Hogg理论:无限大圆板上作用轴对称竖向荷载q(r)时,竖向位移表达式:
(2)弹性半空间地基上薄板的理论解
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①轴对称条件下的径向、切向弯矩表达式:
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②荷载在板中时,圆形均布荷载下,板在单位宽度内产生的最大弯矩:
③荷载圆离计算点一定距离时,可将其视为作用在圆心的集中力,其弯矩解:
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(3)多轮荷载作用下板的应力计算
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(4)弹性半空间地基有限尺寸板
①弹性半空间地基有限尺寸板,荷载作用在板边、板角时(上述计算荷载在板中,且认为板尺寸远大于荷载尺寸);
②弹性地基上有限尺寸板的解答;
③规范中设计方法给出的计算诺模图采用了有限元计算方法,有限元计算方法是一种数值方法。
3、水泥路面板的荷载应力有限元分析
(1)水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析特点
①可以按板块的实际大小求解有限尺寸板,从而消除无限大半的假设所带来的误差; ②可以考虑各种荷载状况(包括荷载组合和荷载位置);
③可以考虑板的实际边界条件,如接缝的传荷能力、板和地基的脱空。 ④可以得到整个板体的应力和位移场,从而全面了解板的受力。
(2)水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析结果
4、弹性地基双层板的荷载应力分析
(1)上下层完全分离
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(2)上下层完全结合