刚性道面单板及带接缝板的ABAQUS建模张俊（空军工程大学机场建筑工程系，陕西西安710038）摘要：基于Winkle地基模型，应用ABAQUS有限元软件，按照“贡献而积”刚度分配原则，通过在相邻混凝土板侧而的对应结点设置弹簧单元，建立了刚性道面单板及考虑接缝传荷能力的机场刚性道而三维有限元分析模型。应用该模型，针对不同地基强度上的典型道面结构，研究了不同的加载方式下道面响应规律，并对其影响因素进行了探讨。关键词：机场工程；刚性道面；单板响应；带接缝板；ABAQUS：U416文献标识码：A1引言大多数现代机场道面都是以水泥稳定材料作为基层，它具有高性能和高强度的优点。而关于基层对道面结构强度的贡献知之甚少。野外观察表明，产生在基层的裂缝模式与面层的模式相一致。荷载很可能通过骨料咬合作用在裂缝之间转移。考虑到稳定基层对地基承载力的增加，增大了威斯特卡德（Westergaard）模型中的地基反应模量。这种方法的基层顶面模量是凭经验确定的，其成立是以威斯特卡德（Westergaard）理论隐含的假设为前提的。多层线性弹性模型考虑垂直方向完整的分层系统。然而，在水平方向上，该层被假定为无限长，而没有如边和接缝这样的边界。板的二维有限元程序基于换算截面的概念，可能通过对板单元添加额外的刚度来对稳定基层进行说明。这些方法的主要缺陷是没有直接解决基层在接缝处负荷转移率的影响。刚性道面系统是由一些建立在一层或多层基层上的相对较薄、长度和宽度有限的水泥混凝土板组成的。当地基上的板受到车轮荷载后，会产生弯曲应力，并且将荷载分散传递到地基上。然而，这些有限板的响应由接缝或边缘处的不连续性控制的。就其性质而言，接缝处是系统的结构薄弱环节。因此，接缝的响应和效能是刚性道面分析与设计的主要问题。2单板响应和灵敏度的研究2.1灵敏度的研究实例选择了一组实例问题进行灵敏度研究，这些问题包括三个内部加载实例和两个边缘加载实例，所有的实例都是由建立于反应模量=81.43MPa/m(300psi/in.)的致密液相地基上203.3mm(8in.)厚的弹性板组成的。弹性板的弹性模量=20,700MPa(3,000,000psi)，泊松比=0.15，威斯特卡德将相对刚度半径定义为：(1)其中，为地基反应模量，这些值产生一个相对刚度半径=653.1mm(25.70in.)。图1显示了中心荷载情况I的布置情况，板为正方形板，其边长=3.049m(120in.)，板的中心作用一个均布荷载=6.895MPa(100psi)，荷载作用范围为一边长等于609.8mm(24in.)的正方形区域。等效圆形荷载半径=344.0mm(13.54in.)，因此，无量纲荷载大小之比=0.527，总荷载大小为256.2KN(57,600Ib)。Ioannides提出的计算机程序WESTER可用来求解威斯特卡德方程，由于荷载作用范围很大，对于中心荷载情况I的威斯特卡德解可能不够精确。在这种情况下，根据威斯特卡德理论预测的内部最大弯曲应力发张俊：男，1989年生，硕士，主要从事机场工程方面的研究，E-mail:kgdzjtg@163.生在加载区域的质心，大小为4.434MPa(643.2psi)，因此，归一化的最大弯曲应力可表示为：(2)根据威斯特卡德理论预测的最大挠度同样发生在加载区域的质心，大小为0.8398mm(0.00331in.)，最大挠度可表示为一个无量纲的比值，如下式所示：(3)2.2响应和灵敏度研究结果中心荷载情况I是最基本的加载形式，主要用来研究网格细度和单元选择问题，对二维和三维情形都适用，下文描述总结了这些研究。2.2.1二维收敛性研究创建了分别代表不同等级网格细度的四种单元网格，计算结果如表1所示。网格细度的等级用无量纲比值h/2a来表示，其中h表示板的厚度，2a为单元边的最小长度。二维壳单元边长度的示意图如图1所示，有限元网格如图2所示。表1中心荷载情况I下二维收敛性研究结果h/2aMeshFinenessILLI-SLABABAQUSS4RS4R5S8R5S8R(DefaultzG)S8R(100xDefaultzG)S9R5DimensionlessMaximumInteriorBendingStress（无量纲最大内弯曲应力）,h2P0.67Coarse0.8040.5750.5750.8040.8050.8020.7161.330.7510.6950.6940.7480.7480.7510.7272.670.7390.7220.7220.7350.7350.7390.7304.00Fine0.7360.7270.7270.7330.7330.7360.733DimensionlessMaximumInteriorDeflection（无量纲最大弯沉）,wk2P...