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传力杆概述：
设传力杆的水泥混凝土路面接缝通常因传力杆松动量增加而丧失传递荷载的能力,甚至出现混凝土的挤碎破坏。在已有的力学分析模型中,有的采用弹性悬臂梁连接板或者利用代表传力杆传递荷载能力的梁单元和代表混凝土对传力杆支承传递荷载作用的弹簧单元建立有限元模型, 也有的建立了二维有限元模型, 但是这些模型都难以有效模拟传力杆混凝土界面、混凝土与地基接触状况,因而无法精确地分析路面结构内的各种应力变化规律、传力杆与混凝土界面的接触应力分布规律和传力杆周围混凝土破碎和拉裂等问题 ;同时,也不能方便地分析温度变化以及温度变化和车辆荷载同时作用对路面结构内有关应力、应变的影响规律 。为此 ,笔者采用通用有限元软件 ANSYS , 利用实体单元模拟混凝土板和传力杆 ,建立三维有限元分析模型 ,对轴载及温度变化作用下传力杆与混凝土界面处的应力分布及变化规律进行分析, 旨在为传力杆装置的改进提供依据。
为了简化分析, 视地基为弹性半空间体, 在水平和垂直方向上是无限大的。在计算中假定其他参数不变 ,逐步扩大地基的尺寸,板的应力随着地基尺寸的增大而逐步稳定, 直至应力收敛为止。通过大量试算 ,最后确定地基的计算尺寸为 5. 0 m ×7. 0 m ×7. 0 m 。板宽取 3. 75 m ;板长根据需要取值 ,一般取4. 0 、5. 0 、6. 0 m 。传力杆长度为 450 m m ,沿混凝土板的接缝中心线设置 ,接缝宽度为 10 m m 。传力杆与混凝土界面是计算分析时所关心的部,因此, 在传力杆及其周围混凝土和横向接缝处采用非常细的网格 ,从接缝到远处边界采用适当的网格梯度。合理建立接触模型对于正确分析路面结构的力学行为是十分关键的。混凝土板与地基的接触面具有可滑动性,在交通荷载和温度梯度的共同作用下 ,混凝土板必然会产生收缩或膨胀、翘曲或拱起变形。变形使得板在基层上产生部分滑移 ,滑移时板与地基处于部分接触状态, 因此认为板与地基之间具有摩擦或者脱空接触的滑动界面 , 摩擦因数取为1. 5。传力杆的基本功能是在相邻板块之间传递荷载 ,同时又不限制路面板在纵向自由移动, 因此通常在传力杆表面涂以防黏剂, 如聚乙烯膜、沥青或各种蜡, 尽量减少传力杆和混凝土的黏结。为防止传力杆锈蚀 ,通常在其表面涂敷沥青膜或环氧树脂防锈层 ,而防黏剂通常涂敷或套在防锈层外面以减少与混凝土之间的摩擦。本文中假设传力杆与周围混凝土有 0. 05 mm 的初始空隙, 以模拟防黏层或防锈层 。设置初始空隙有 2 方面作用 :一方面 ,在传力杆不发生弯曲的情况下 , 初始空隙的存在允许板不受传力杆的约束而自由滑动;另一方面 ,板的翘曲或拱起导致传力杆弯曲, 初始空隙模拟传力杆与混凝土能以任意角度发生不均匀或部分接触。因此 ,假设传力杆与混凝土界面为摩擦接触的滑动界面。AASH O 路面设计指南建议混凝土与基层的摩擦因数为 0. 9 ～ 2. 2 ,而缺乏传力杆与混凝土间摩擦因数的研究 ,本文中将其暂取为 0. 05 进行分析 。
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