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在城市中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大噸位的特載車輛駛過路面的情況。通常情況下，特載車輛沿線經(jīng)過的橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)被重點(diǎn)核算，但路面結(jié)構(gòu)的核算往往容易被忽視。石材結(jié)構(gòu)路面，一旦發(fā)生斷裂或滑移破壞，很可能造成車輪陷入，影響車輛行駛，嚴(yán)重的將威脅車輛及人身安全。因此，如何對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面有效地分析是筆者將要研究的問題。
龍馬巡游項(xiàng)目是2014年10月為了紀(jì)念中法建交50周年在北京市舉行的慶祝活動(dòng)。活動(dòng)地點(diǎn)為奧林匹克公園中心區(qū)，龍馬和蜘蛛拖車巡游路線主要涉及中軸大道的南一路至中一路區(qū)段的路面結(jié)構(gòu)。為確定結(jié)構(gòu)能否滿足車輛行進(jìn)的安全要求，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的承載能力、正常及極限使用狀態(tài)的應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算和有限元分析比對(duì)。
在進(jìn)行計(jì)算分析前，首先應(yīng)研究特載車輛的規(guī)格、形式及相應(yīng)的荷載和尺寸，以確定其最不利狀況，并進(jìn)行分析。龍馬及蜘蛛拖車前后輪距如圖所示。
在得到荷載車輛的輪距、輪胎尺寸及各輪的荷載分配以后，需要進(jìn)一步確定行進(jìn)路線上的步道磚的平面尺寸、厚度及受壓位置，并從諸多可能中選出最不利工況進(jìn)行分析。中軸路花崗巖石材鋪裝如圖所示。
龍馬拖車最不利重輪為中支撐輪（特殊形態(tài)下25.6/2t），作用位置為邊步道磚。蜘蛛拖車最不利重輪為前支撐輪（7.5t），作用位置為中央步道磚。
采用有限元程序midasFEA對(duì)人行步道磚及其基層、墊層分別建立實(shí)體單元模型進(jìn)行計(jì)算，面磚為花崗巖石材，基層、墊層采用混凝土、二灰土，底部支撐以剛性支撐模擬，以平面靜力荷載形式施加汽車車輪荷載作用于步道磚上，荷載組合按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，組合系數(shù)按1.0考慮，模擬步道磚常見的基礎(chǔ)承載力下降及特殊情況下基礎(chǔ)脫空的受力狀況，并充分考慮結(jié)構(gòu)厚度及材質(zhì)組合，對(duì)設(shè)計(jì)方案的選擇提供充足的計(jì)算數(shù)據(jù)支持。該次計(jì)算分析選取的主要結(jié)構(gòu)組合類型如表所示。
考慮到路面已使用6年，地基剛度及密實(shí)度有可能已不均勻，重載之下易造成路面沉陷，對(duì)此種情況進(jìn)行核算。
工況1：龍馬車輪位于150磚中心處。按步道磚與地基全接觸，地基土彈簧標(biāo)準(zhǔn)剛度取2xe5kN/m3進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖所示。
由計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)變形及材料拉應(yīng)力尚在安全范圍內(nèi)。
工況2：龍馬車輪位于150磚邊緣處。按步道磚與地基全接觸，地基土彈簧標(biāo)準(zhǔn)剛度取2xe5kN/m3進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖所示，地基剛度驗(yàn)算結(jié)果如表4所示。由計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)變形及材料拉應(yīng)力尚在安全范圍內(nèi)。
工況3：蜘蛛車輪位于250磚中央。
按步道磚與地基全接觸，地基土彈簧標(biāo)準(zhǔn)剛度取2xe5kN/m3進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖8所示，地基剛度驗(yàn)算結(jié)果如表所示。
由計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)變形及材料拉應(yīng)力尚在安全范圍內(nèi)。
考慮到路面已使用6年，二灰層剛度及密實(shí)度有可能已不均勻，重載之下會(huì)造成路面沉陷，對(duì)此種情況進(jìn)行核算。
按步道磚與地基全接觸，鋪裝層中的二灰土彈性模量折減進(jìn)行核算，結(jié)果如圖9所示，二灰土彈性模量驗(yàn)算結(jié)果如表6所示。
由計(jì)算結(jié)果可知，如路面下二灰砂礫彈性模量未損失，則荷載下路面變形及鋪裝層應(yīng)力較小。二灰砂礫彈性模量折減為50%，荷載下路面變形及鋪裝層應(yīng)力依然較小。在極端情況下，如彈性模量折減為10%，路面變形量依然在可接受范圍內(nèi)，而鋪裝層中C30混凝土拉應(yīng)力接近限值。
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