吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (2): 531-537.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210640

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

基于力学响应分析方法的导电橡胶复合路面铺装技术

魏海斌1(),马子鹏1,毕海鹏1(),刘汉涛2,韩栓业1   

  1. 1.吉林大学 交通学院,长春 130022
    2.中庆建设有限责任公司,长春 130022
  • 收稿日期:2021-07-08 出版日期:2023-02-01 发布日期:2023-02-28
  • 通讯作者: 毕海鹏 E-mail:weihb@jlu.edu.cn;bihp@jlu.edu.cn
  • 作者简介:魏海斌(1971-),男,教授,博士生导师. 研究方向: 道路工程. E-mail: weihb@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    吉林省科技发展计划项目(20210203041SF)

Conductive rubber composite pavement paving technology based on mechanical response analysis method

Hai-bin WEI1(),Zi-peng MA1,Hai-peng BI1(),Han-tao LIU2,Shuan-ye HAN1   

  1. 1.College of Transportation,Jilin University,Changchun 130022,China
    2.Zhongqing Construction Co. ,Ltd. ,Changchun 130022,China
  • Received:2021-07-08 Online:2023-02-01 Published:2023-02-28
  • Contact: Hai-peng BI E-mail:weihb@jlu.edu.cn;bihp@jlu.edu.cn

摘要:

为了确定导电三元乙丙橡胶复合材料应用在路面结构中的可行性以及最佳埋设条件,通过压缩试验研究了复合材料的应力应变曲线,并通过有限元软件ANSYS建立了二维导电三元乙丙橡胶复合材料路面结构模型,分别分析了复合材料埋设位置、埋设厚度以及不同荷载作用下的复合材料路面结构力学响应,并与正常路面结构对比。压缩试验结果表明:复合材料在受力的情况下主要表现为弹性,弹性模量为30.6 MPa。力学响应结果表明:在合理假设的条件下,复合材料应用在路面结构中是可行的,最佳埋设位置为沥青下面层下,埋设厚度越小越好,在超载的情况下,需要重点考虑剪应力对复合材料路面结构的影响。本研究成果可以为复合材料实际工程应用提供参考。

关键词: 道路工程, 复合材料, 除冰雪, 有限元, 力学响应

Abstract:

In order to determine the feasibility and optimal embedding conditions of conductive EPDM composite materials in pavement structure, the stress and strain curves of composite materials were studied by compression test, and a two-dimensional conductive EPDM composite pavement structure model was established by finite element software ANSYS. The mechanical response of the composite pavement structure with different embedding locations, embedding thicknesses and different loads of the composite material were analyzed and compared with the normal pavement structure respectively. The compression test results show that the composite material is mainly elastic in the presence of forces, with a modulus of elasticity of 30.6 MPa. The mechanical response results show that the composite material is feasible for use in pavement structures under reasonable assumptions and that the best location for embedding is under the asphalt concrete layer, with the smaller the embedment thickness the better. In the case of overloading, it is necessary to focus on the effect of shear stresses on the composite pavement structures. The results of this study can provide a reference for practical engineering applications of composite materials.

Key words: road engineering, composite material, deicing, finite element, mechanical response

中图分类号: 

  • U414

图1

复合材料制备流程图"

表1

复合材料的基本力学属性"

属 性属性值
抗压强度/MPa13.78
拉伸强度/MPa6.44
撕裂强度/(kN·m-116.52
泊松比0.25

图2

压缩试验"

表2

路面模型计算参数表"

结构层材料名称厚度 /cm弹性模量/MPa泊松比
上面层细粒式沥青混凝土417000.35
中面层中粒式沥青混凝土616000.35
下面层粗粒式沥青混凝土812000.35
基层水泥稳定砂砾3515000.25
垫层级配砂砾302000.25
土基--400.35
导电橡胶复合材料--0.25

图3

有限元模型图"

图4

复合材料应力-应变曲线图"

图5

复合材料路面结构竖向变形图"

图6

路面结构力学响应结果图"

表3

不同路面结构的力学响应结果数据"

结构类型竖向应力 /MPa竖向位移 /cm横向拉应力/MPa剪应力 /MPa
A-0.742 99-0.690 700.895 44-0.274 95
B-0.729 35-0.703 400.912 72-0.383 59
C-0.744 56-0.703 100.929 32-0.323 39
D-0.744 09-0.704 800.930 77-0.308 89

表4

不同厚度下的复合材料路面结构力学响应结果数据"

复合材料厚度/mm竖向应力 /MPa竖向位移 /cm横向拉应力/MPa剪应力 /MPa
5-0.744 08-0.702 000.928 19-0.302 97
6.5-0.744 09-0.704 800.930 77-0.308 89
8-0.744 11-0.707 600.932 44-0.314 25
10-0.744 13-0.711 100.935 96-0.320 74

图7

不同荷载下的复合材料路面结构力学响应结果图"

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