Winkler地基上矩形板的接缝传荷问题

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弹性地基上的矩形板是土木工程结构中较常见的一种力学模型,目前对矩形板的理论研究可分为数值法和解析法两种方法。国内外学者采用有限元方法得到各种复杂边界条件下的弹性地基板荷载应力的数值解,模拟了水泥混凝土路面接缝传荷作用,评价水泥混凝土路面的接缝传荷能力。相比采用有限元方法分析得到的数值解,解析解的计算精度高,也便于总结规律。为此,本文提出考虑接缝传递荷载作用下矩形板的精确解。
  对现有的弹性地基矩形薄板的解进行了梳理,在四边自由矩形薄板解析解的基础上,应用双重三角级数开展的方法,推演得到了Winkler地基上计入两块矩形板接缝间传荷作用的矩形板的级数解,且分为两种情况:建立在对边同时传递荷载的情况,即连续多块矩形板间接缝传荷的情况和两块矩形板间仅接缝边传荷,而非接缝边为自由边的情况。其中,接缝传递剪力假设与板间挠度差成正比,传递弯矩假设与板间转角差成正比。
  根据考虑接缝传荷的矩形板的解析解,利用MATLAB数学软件编写程序求解方程,采用归一化方法分析了相邻两块板间以无量纲表征的剪力传荷刚度系数及弯矩传荷刚度系数对受荷矩形板应力和挠度的影响规律,探讨了不同板尺寸,荷载尺寸和类型及泊松比对受荷矩形板应力和挠度随接缝传荷刚度变化规律的影响,且剪力传荷刚度与弯矩传荷刚度的影响相互独立;通过引入四个∈[0,1]的接缝传荷效应系数和四个接缝极限传荷的挠度比及应力比,建立了计入接缝传荷效应的板边最大挠度和最大应力的一般式。
  根据考虑接缝传荷的矩形板的解析解,求解了受荷矩形板与未受荷矩形板接缝边缘的挠度与应力,给出了四种接缝传荷能力的表征指标,建立并回归了挠度传荷系数与应力传荷系数的关系,对比了由本文解析解与国外学者通过有限元方法计算得出的挠度接缝传荷系数与接缝刚度的关系曲线及挠度传荷系数与应力传荷系数的关系曲线,两者几乎重合,分析了胀缝传力杆与缩缝传力杆对于不同松动宽度时的传荷效应,分析了矩形板临界荷位处的双轮荷载(轴载)作用下拉杆接缝传荷效应。
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