火箭运输超重载道面承载性能研究

张立乾; 冯中华

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2600017

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (30) :13080-13091 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2600017

论文：武器技术

火箭运输超重载道面承载性能研究

张立乾 ,
冯中华

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Bearing Capacity of Rocket Transportation Super Heavy Load Pavement

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摘要

超重载火箭运输对其下的承载道面提出要求,研究超重载作用下道面承载性能具有重要意义。基于弹塑性地基板和弹塑性多层体系理念,提出了宽翼缘整体式混凝土道面和水泥混凝土配半刚性基层两种道面型式。采用数值仿真分析方法,建立了隐式静力分析模型和显示动力分析模型,探讨了两种道面在超重载荷作用下的变形行为和承载能力。研究表明:宽翼缘整体式道面整体刚度大、承载能力强,对其下土基承载力要求相对较低,对偏载作用不敏感,特载作用下的道面沉降变形可控制在20 mm左右;水泥混凝土配半刚性基层道面面层和基层应力可控制在允许范围内,但其在特载作用下沉降相对较大,相较整体式道面沉降量增大47.8%,其下土基塑性应变相对较大,较整体式道面塑性应变极值增大231%,对偏载作用敏感,对土基承载能力要求相对较高,较宽翼缘整体式道面对土基承载要求能力提高37.1%;鉴于宽翼缘整体式道面具有较为突出的较低土基承载能力的适应性、更小的沉降变形控制以及更好的偏载作用适用性,首选宽翼缘整体式道面作为火箭运输超重载道面型式。研究成果为中国航天超重载火箭运输提供理论和实践支撑。

Abstract

The bearing performance of the pavement under super-heavy loads is of great significance, as the requirements for the load-carrying surface under super-heavy rocket transportation are put forward. Based on the concept of elastic foundation plate and elastic-plastic multi-layer system, two types of pavement were proposed: wide-flange integral concrete pavement and cement concrete pavement with semi-rigid base. Using numerical simulation analysis methods, implicit static analysis models and explicit dynamic analysis models were established to explore the deformation behavior and bearing capacity of the two types of pavements under super-heavy loads. The research shows as follows. The wide-flange integral pavement has high overall stiffness and strong bearing capacity, with relatively low requirements for the bearing capacity of the underlying soil foundation. It is insensitive to eccentric loading, and the settlement deformation of the pavement under special loads can be controlled at around 20 mm. The stress on the surface layer and base layer of the semi-rigid pavement with cement concrete can be controlled within the allowable range, but its settlement under special loads is relatively large, with an increase of 47.8% compared to that of the integral pavement. The plastic strain of the underlying soil foundation is relatively large, with an increase of 231% compared to the maximum plastic strain of the integral pavement. It is sensitive to eccentric loading and has relatively high requirements for the bearing capacity of the soil foundation. The requirement for the subgrade bearing capacity is 37.1% higher than that of the wide-flange integral pavement. Considering the outstanding adaptability to low subgrade bearing capacity, smaller settlement deformation control, and better applicability to eccentric loading, the wide-flange integral pavement is preferred as the pavement type for super-heavy rocket transportation. The research results provide theoretical and practical support for China’s aerospace super-heavy rocket transportation.

Graphical abstract

关键词

宽翼缘整体式道面 / 承载能力 / 偏载 / 沉降变形 / 塑性应变

Key words

wide flange integral concrete pavement / bearing capacity / eccentric loads / settlement deformation / plastic strain

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张立乾, 冯中华. 火箭运输超重载道面承载性能研究[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(30): 13080-13091 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2600017

ZHANG Li-qian, FENG Zhong-hua. Bearing Capacity of Rocket Transportation Super Heavy Load Pavement[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(30): 13080-13091 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2600017

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航天发射场重载火箭在垂直总装测试厂房和发射台形成组合体,采用自行式无轨模块运输车经重载道路运输至发射区进行发射。火箭和发射平台组合体全重9 000 T,发射台平面36 m×36 m,通过模块运输车行驶在两条间距29 m平行设置的9 m宽的重载道路上。火箭和发射平台组合体对道面及其下地基产生的局部和整体荷载效应远大于常规运输车辆,研究特定载荷作用下超重载道面承载能力具有重要意义。

在道面结构与力学性能研究领域,田波等^[1]针对大量超重车辆的出现,应用有限元法分析了特重车辆对水泥混凝土道面荷载应力的影响,并对计算结果进行回归分析,提出了新的板纵向边缘最大应力公式。Assogba等^[2]采用有限元软件建立了考虑轮胎接触力分布状态的道面结构力学仿真模型,分析了在卡车双轮组不同道面加载位置以及不同道面深度处的结构动力响应的变化。Wang等^[3]进一步开发了三维有限元模型来模拟多轮载荷以及不均匀的轮胎接触应力对具有不同沥青层厚度的道面结构应变响应的影响。黄立葵等^[4]基统计了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力,分别应用弹性层状理论和弹性薄板理论有限元法计算了重载作用下沥青道面与水泥道面结构的应力响应。林小平等^[5]基于影响路基荷载应力的各种因素建立路基道面三维有限元典型道面结构模型,计算水泥混凝土道面结构的荷载应力,建立了水泥混凝土道面典型结构下路基的应力分布范围和相应的分布组合。辛勤等^[6]通过建立三维有限元实体模型,用简谐正弦荷载模拟超重车辆随机荷载作用,计算车辆轴载对脱空道面的影响并讨论了脱空尺寸以及超载率的影响;Darabi等^[7]将扩展的Drucker-prager-cap-creep本构关系与非线性损伤方法的道面分析程序模型耦合,分别预测了柔性机场道面的基层和沥青层的车辙。Zhang等^[8]针对路用粒料材料提出了耦合的非线性横观各向异性弹塑性本构模型,并以基于弱方程的有限元法实现了该模型的数值化。Liu等^[9-10]基于半解析有限元法和有限层法,开发了道面力学计算工具,实现了三维轮胎与道路交互作用模型、材料非线性以及静动态分析。Liao等^[11]进行了不同基质吸力下的动三轴试验,建立了路基土回弹模量预估模型,基于三维有限元路基路面模型,计算了3种湿度状态下落锤式弯沉仪荷载作用的路基-路面力学响应;Peng等^[12]采用试验和有限元方法,研究了湿度和应力相互作用下路基结构性能的演变规律,实现了在随湿度和应力影响的车辆荷载下,运营期路基结构性能演变的数值建模。Lu等^[13]和Tang等^[14]在Biot饱和多孔介质控制方程中引入了气相的影响,建立了完整的固-液-气三相同时存在的非饱和路基动力学控制方程,采用积分变换方法求解了交通荷载作用下非饱和路基的力学响应问题。Ainalem等^[15]开发了一种新的数值模拟方法,使用非线性有限元法获得:柔性路面上五层的应力、应变和位移响应,用于预测对柔性路面层的影响以及观察到的各种类型的柔性路面破坏。Wang等^[16]综述了基于多尺度数值模拟的路面性能设计、表征和预测等方面的研究进展,提出了采用多尺度数值模拟方法,从材料基因组的概念出发,建立沥青材料性能和路面结构性能数据库,对材料设计和性能预测进行数值分析的研究路径。穆一凡等^[17]采用有限元分析的方法研究了典型机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。钟科等^[18]针对飞机起落架多轮荷载作用下,道面内部应力应变等力学响应将产生叠加与干涉的问题,开展道面结构力学响应计算,分析多轮荷载对道面力学响应敏感性,研究高模量沥青混合料在机场道面中的应用效果。郭赵元等^[19]通过抗压回弹模量试验和应力松弛试验获取环氧沥青混合料的力学参数,使用有限元模拟手段对环氧沥青路面进行结构力学分析和组合优化设计。

现行公路水泥混凝土路面设计规范^[20]采用单轴轴重100 kN作为设计时的标准轴重,规范中给出的应力计算图或公式,仅适用于单轴不超过130 kN和双轴不超过260 kN的轴载。因此,现基于精确的非线性数值计算仿真模型,开展超重载作用下承载道面的方案对策及承载能力研究,找出控制场地变形的关键性控制指标,为火箭运输重载道面建设提供理论技术支撑。

1 场地地质环境

火箭运输超重载道面所处场地较为平整,地貌单一。表层为0.6 m厚的地表耕植土,结构松散,欠固结;其下为粉细砂层,中密状态,层厚9 m,承载力特征值为90 kPa;再下为强风化花岗岩,岩体基本质量等级为V级,承载力特征值为350 kPa;最下为中风化花岗岩,岩体基本质量为Ⅲ级,层厚较厚未揭穿,承载力特征值为1 500 kPa。典型场地地质剖面图如图1所示。对应的各地层物理力学指标如表1所示。

2 超重载车辆特征

火箭和发射平台组合体运输示意图如图2所示。模块化车队平面布置图如图3所示。单幅车道上的车队由双列四组六轴模块构成,车辆纵向轴线间距1.4 m,共24轴线,车列横向净距1.65 m,单幅车道总荷载4 500 T,每道轴线重937.5 kN。按照模块运输车实心单轮胎着地面积0.35 m(横向)×0.30 m(纵向)计算,轮胎与道面接触压应力高达2.23 MPa,远大于常规运输车0.7 MPa的轮压。

3 超重载道面承载方案设计

基于超重载车辆轮压和整体载荷均远超常规车辆的特点,同时考虑到作为柔性道面沥青混凝土材料本身具有较低弹性模量和蠕变特性^[21],不利于重载作用下的形变和应力控制等因素,在超重载道面承载方案选择上以刚性道面-水泥混凝土道面为主。提出了两种类型的刚性道面:一是宽翼缘整体式混凝土道面;二是较为常规的混凝土面层配半刚性基层的水泥混凝土道面。宽翼缘整体式混凝土道面面层为两阶平台状钢筋混凝土结构,第一阶平台为火箭运输车车辆通行的道面宽度,第二阶平台为道面两侧扩大区域,一阶宽度为9 m,二阶平台单侧宽度为1~2.5 m,每阶平台厚度为0.25~0.45 m,体例考虑轮载群的重量及地基承载力较低,每阶平台厚度采用0.45 m,二阶单侧宽度采用2.5 m。道面面层顶面和底面各设有一层正交双向布设的受力主筋,道面沿纵向连续,间距200~300 m设置一道胀缝,胀缝采用搭接模式,上下两层板之间设有聚乙烯薄膜以实现相对伸缩变位。道面下设有级配碎石垫层,其下为土基。第二种道面类型相对第一种类型减薄了面层混凝土的厚度,而增强了基层的刚度。道面面层宽度为9 m,道面面层顶面和底面各设有一层正交双向布设的受力主筋,基层为0.6 m厚的水泥稳定碎石,其下为级配碎石垫层,在其下为土基。道面沿纵向连续,间距200~300 m设置一道胀缝,胀缝采用下设承载板的对接方式。两种类型的道面结构层分别如图4和图5所示。

两种类型的道面在承载设计理念方面主要区别是整体式宽翼缘混凝土道面基于弹塑性地基板受力原理^[22],依靠面层整体强度和刚度形成对轮载群的稳定支撑,对其下土基承载能力要求不高,一般情况下不需要地基处理或仅需要简单处理;水泥混凝土面层配半刚性基层的水泥混凝土道面则基于多层弹塑性层状体系组合作用^[23],将面层轮载压力逐层传递、逐层释放,需要各层组合形成整体,要满足各层及组合体的应力及形变要求,对其下土基的回弹模量及承载能力有较高的要求,适用于天然地基承载能力较好的环境,而对于地基承载能力较低的情况则需要进行地基处理提高承载力达到设计要求。

4 本构模型

采用Mohr-Coulomb模型屈服准则^[24],即

(1)τ=c(${\stackrel{-}{\mathit{\epsilon }}}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}$,θ,f^a)-σtanϕ(t,f^a)=0

式(1)中:τ为剪切强度;σ为正应力;ϕ(t,f^a)为材料在子午面上的摩擦角;t为温度;f^a为待定变量;c(${\stackrel{-}{\mathit{\epsilon }}}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}$,θ,f^a)为按等向硬化或软化方式变化的黏聚力。

Mohr-Coulomb模型屈服面方程为

(2)F=R_mcq-ptanϕ(t,f^a)-c(${\stackrel{-}{\mathit{\epsilon }}}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}$,θ,f^a)=0

式(2)中:R_mc为Mohr-Coulomb模型的偏应力系数;θ为极偏角;q为等效偏应力;p为球应力;${\stackrel{-}{\mathit{\epsilon }}}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}$为等效塑性应变。

流动法则定义为

(3)$\mathrm{d}{\mathit{\epsilon }}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}=\frac{\mathrm{d}{\stackrel{-}{\mathit{\epsilon }}}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}}{\mathit{g}}\frac{\partial \mathit{G}}{\partial \mathit{\sigma }}$

式(3)中:g=$\frac{1}{\mathit{c}}$σ:$\frac{\partial \mathit{G}}{\partial \mathit{\sigma }}$;G为流动势函数;${\stackrel{-}{\mathit{\epsilon }}}^{\mathrm{p}\mathrm{l}}$为等效塑性应变;σ为正应力。

Mohr-Coulomb双曲线型的流动势函数控制方程为

(4)G=$\sqrt{(\mathit{\epsilon }{\mathit{c}}_{0}{\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathit{\psi })}^{2}+({\mathit{R}}_{\mathrm{m}\mathrm{w}}{\mathit{q})}^{2}}$-ptanψ

式(4)中:ψ为剪胀角;c₀为初始黏聚力;ε为子午面上的偏心率;R_mw为其在π面上的形状。

5 计算模型

计算模型由模块车体、道面面层、道面基层、道面垫层、土基等几部分组成,为了减少计算规模,在考虑车载静力工况条件下,考虑两幅车道净距 20 m,相互影响可忽略,所以取两幅车道中的一幅建立模型,又因道面纵向连续,车队纵向沿车辆中心Z-X面面对称,以此对称面建立1/2模型,整体式混凝土道面模型见图6所示,水泥混凝土面层配半刚性基层道面计算模型如图7所示。土基横向宽度56 m,纵向长度50 m。考虑到中风化花岗岩强度高、弹性模量大,模型地层深度取为强风化花岗岩基底和中风化花岗岩顶交界面。边界条件为前端面施加Z-X面对称约束,两个侧面施加X向约束,后端面施加Y向约束,底面施加Z向约束。面层和基层、基层与垫层、垫层与土基之间均为接触关系,为竖向硬接触、水平向库仑摩擦接触。面层、基层、垫层及车体的物理力学指标如表2所示。面层采用弹性本构,基层、垫层及其下土基采用摩尔库仑本构,车架采用弹性本构,车轮采用橡胶超弹本构(Mooney-Rivlin)。火箭及发射平台载荷作为均布压力载荷施加于模块车承载面,载荷集度为290 kN/m²,承载面总面积 73.7 m²。

静载分析共设置两个分析步:第一分析步为地应力分析,采用重力场分析位移场强制归零的方法给模型施加初始地应力;第二分析步施加特载车辆载荷。

根据研究的目的,确定重点研究内容为以下4项:①道面结构层在特载作用下的应力分布;②道面结构层下土基垂向应力及塑性应变分布;③考虑特载居中或偏载布置下道面结构层及土基应力应变规律;④特载作用下道面结构竖向变形规律。典型的模型单元划分如图8所示。

为验证模拟中网格密度的正确性,需对网格收敛性进行验证。分别对3 种网格划分进行模拟, 通过比较模型在车载作用下的道面中心竖向位移,验证网格收敛性。表3给出了3种网格划分下道面中心竖向位移。经计算可知,道面中心竖向位移在3种网格划分下的偏差为1.8%。据此判断划分类型1中采用的网格密度是准确的。

6 宽翼缘整体式混凝土道面

6.1 道面应力应变及垂向变形分布特征

首先考虑特载车辆沿车道中线行驶,特载车辆轮胎与道面接触压应力分布图如图9所示。由图9可知,特载车辆与道面最大压应力为2.29 MPa。图10(a)为特载作用下道面板X向正应力云图,从图10(a)可以看出,道面板板底最大拉应力为 6.02 MPa,板顶最大压应力为6.15 MPa, 在这种应力水平下基于最小配筋率的配筋可满足道面强度和裂缝要求。高应力分布区域沿道路纵向和轮载纵向分布长度相匹配,超过轮载分布长度后,应力以较大梯度减小;图10(b)为特载作用下道面板Y向正应力云图,从图10(b)可以看出,从端部Z-X向对称面开始沿道路纵向至轮载尾部,该范围内道面板顶部受压,压应力由端部1.1 MPa增至轮压尾部3.1 MPa;道面板底部受拉,拉应力由端部0.89 MPa增至轮压尾部2.39 MPa;与之纵向相邻的下一区段,则出现道面板顶部受拉,底部受压的现象,道板顶部峰值拉应力为1.42 MPa,道板底部峰值压应力为1.63 MPa。这一应力分布现象揭示了整体式混凝土道板双向受力的特点,横向应力极值大于纵向应力极值,相差近2倍。图11为特载作用下道面板竖向变位云图。从图11中可以看出,竖向位移以车队中心为中心最低点,对应极值20.9 mm,位移值沿X、Y两个方向逐渐减小,形成类似于“弯沉盆”的变形形态,“盆底”区域较大,纵、横向约9 m。

接下来考察特载车辆在一定程度偏载情况下,道面板的应力应变行为特征。0.8 m偏载示意如图12所示。图13(a)所示为偏载作用下道面板X向正应力云图,从图13(a)中可看出,X向正应力极值向车辆偏载侧偏移,X向压应力极值为6.20 MPa,拉应力极值为6.02 MPa,对比图13(a)和图10(a)可知,X的应力变化不大,增大约1%。图13(b)为偏载作用下道面板Y向正应力云图,对比图13(b)和图10(b)可知,Y向应力极值增大约3.2%。图14为偏载作用下道面板竖向变位云图,竖向最大位移为21.4 mm,相较图11对称布载的位移极值,增大2.3%。基于以上分析,说明宽翼缘整体式道面这种结构形式对于一定程度偏载是不敏感的,具有较强的非对称分布荷载的适应能力。

6.2 土基垂向应力及塑性应变分布特征

道路及其下土基的初始地应力场如图15所示。图16(a)所示为对称布载作用下土基等效塑性应变云图,塑性应变区域呈对称形态,最大等效塑性应变区域位于道路中线正下方深度4~6 m,X向宽度 9 m 范围,对应的最大等效塑性应变为7.99×10^-2。对称布载作用下土基垂向应力云图如图16(b)所示。从图16(b)可以看出,轮载区域下级配碎石垫层底对应土基竖向应力分布范围为82.2~135 kPa,和地基经处理后达到140 kPa特征值的要求相匹配。0.8 m偏载作用下土基等效塑性应变云图如图17(a)所示,相较对称布载的情况,塑性区域形态有所变化,呈现向偏载一侧倾斜的非对称形态分布,最大等效塑性应变为9.83×10^-2,相较于对称布载情况,最大等效塑性应变增大23%。偏载作用下土基垂向应力云图如图17(b)所示。从图17(b)可以看出,轮载区域下级配碎石垫层底对应土基竖向应力分布范围为90~140 kPa,相较于对称布载情况地基应力略有增大,但未超出地基经处理后达到140 kPa特征值的要求。

7 水泥混凝土面层配半刚性基层道面

7.1 道面应力应变及垂向变形分布特征

由于偏载产生的荷载效应大于对称布载的情况,限于篇幅,只分析偏载作用下的应力应变及竖向变形特征。0.8 m偏载示意如图18所示。偏载作用下道面板X向正应力云图如图19(a)所示。从图19(a)可以看出,板底最大拉应力为4.84 MPa,板顶最大压应力为6.68 MPa,在这种应力水平下基于最小配筋率的配筋可满足道面强度和裂缝要求。图19(b)为偏载作用下道面板Y向正应力云图。从图19(b)可知,轮载尾部道面板顶部受压,底部受拉,压应力极值为3.59 MPa,与之纵向相邻的下一区段,道面板顶部受拉,拉应力极值为2.46 MPa。对比宽翼缘整体式道面的受力情况,300 mm薄板在良好基层、垫层支撑下,其板体弯拉应力并没有出现较900 mm厚板明显增大的现象,原因在于半刚性基层和其下的碎石垫层发挥了稳定的支撑作用,说明了组合层设计的合理性。图20(a)所示为偏载作用下基层X向正应力云图,图20(b)所示为基层Y向正应力云图。从图20(b)可看出,板顶、底最大弯拉应力分别对应0.40 MPa和0.37 MPa,小于半刚性水泥稳定材料允许拉应力限值^[25],满足要求。图21所示为偏载作用下道面竖向变位云图。从图21可以看出,对应轮载中心的最大竖向位移为30.9 mm,相较于整体式道面板,竖向位移量增加47.8%,原因在于整体式道面轮载扩散面积更大,对土基产生的附加应力更小,从而导致土基沉降变形更小。

7.2 土基垂向应力及塑性应变分布特征

图22所示为偏载作用下土基等效塑性应变云图。从图22可以看出,整个等效塑性应变区域为道面正下方粉细砂区域,其中塑性应变值较大区域从道面级配碎石层左下边缘始斜下下方延伸至轮载中心下方4~6 m形成一个较宽条带,呈明显的非对称形态,塑性应变极值为 2.31×10^-1,是整体式道面土层塑性应变极值的2.31倍,说明水泥混凝土配半刚性基层道面对地基承载能力相对要高。

图23所示为偏载作用下土基垂向应力云图。从图23可以看出,轮载区域下级配碎石垫层底对应土基竖向应力分布范围为10.2~192 kPa,相较于整体式道面下土基应力140 kPa,增加37%,考虑到天然粉细砂层承载力特征值仅有90 kPa,地基处理后的承载力特征值如需达到192 kPa,则需要造价相对较高的处理方案。

8 动力耦合分析

为了进一步考察整体式道面在特载作用下动态变形行为,建立特载车-整体式道面-土基动力耦合分析模型,如图24所示。土基、道面纵向长度100 m,宽度56 m,特载车采用整车24轴模型,火箭和发射平台组合体以等重量压力施加于车辆顶部承载面,车辆初始置于道面中部,以0.5 m/s沿道面纵向移动,考查运行180 s即通行90 m距离过程中的道面变形行为。模型约束为土基两个侧面X向约束,前后面Y向约束,土基底部Z向约束,整体式道面与基层、土基均为接触关系,模型力学本构及参数同前述静载工况。施加3个载荷步,首先进行地应力平衡,第2步施加模型重力载荷,第3步车辆行驶。建立3组位移监测点,如图25所示,监测点1、监测点2、监测点3为第1组监测点,监测点4、监测点5、监测点6为第2组监测点,监测点7、监测点8、监测点9为第3组监测点,9组位移监测点均设置于道面顶,第1组编号1、2、3位移监测点分别设置于初始车辆第一轴线和纵列一中线交点、第一轴线和纵列一、二中线交点、第一轴线和纵列二中线交点;第2组编号4、5、6位移监测点分别设置于初始车辆第7轴线和相应纵列的交点;第3组编号7、8、9位移监测点分别设置于初始车辆第13轴线和相应纵列的交点。图26为不同时刻车-道-土基沉降变形位移云图。

图27所示为3组位移监测点时间历程曲线。从图27可以看出,同组3个监测点沉降变形基本一致,每组中间的监测点时程曲线处于同组左右两个监测点下方,同组左右两个监测点相差很小,说明了道面板横向刚度较大,道面板整体沉降变形较为均匀,道板中线对应横向最大沉降点。初始时刻,第2组、第3组监测点竖向位移在20 mm左右,和静载工况分析相一致,呈现锯齿状的原因在于初始加载时模型本身阻尼振荡。随着车辆行进,第2组、第3组监测点竖向沉降从开始时刻20 mm左右逐渐减小至 180 s 时的6.5 mm,说明了随着车辆轴载逐渐驶离监测点,监测点对应道面的沉降变形逐渐恢复,其中第2组监测点恢复滞后第3组监测点,这是因为第3组监测点初始时刻位于车辆中心附近,随着车辆驶离,轴载作用逐渐减少,而第2组靠近车辆前部,较多轴载会依次经过然后驶离,其恢复曲线相对滞后。160 s之后,当轴载全部驶离监测点影响区域,第2组和第3组监测点交会,出现平台段,该段对应沉降变形为6.5 mm,即为土基塑性变形不可恢复的部分。第1组位移监测点的沉降位移从初始时的 12 mm 左右随着更多的轴载进入影响区域,沉降位移逐渐加大至19 mm左右,并持续一段时间,然后随着更多轴载驶离,沉降变形逐渐恢复。

两次重载运输道面的位移测量值如表4所示。由表4可以看出,两次监测点位移测量值相近,第二次残余竖向位移小于第一次残余位移,其原因在于第一次通过时塑性变形已充分发生,地基得以压密,导致第二次通行时塑性变形减小。

9 结论

针对重达9 000 T的火箭运输承载道路,分别基于弹性地基板和弹塑性多层体系理念,提出了宽翼缘整体式道面板和水泥混凝土配半刚性基层两种道面形式,基于数值仿真分析,探讨了两种道面在超重载荷作用下的变形行为和承载能力,得出以下结论:整体式道面整体刚度大、承载能力强,对其下土基承载力要求相对较低,对偏载作用不敏感,特载作用下的道面竖向变形可控制在20 mm左右;水泥混凝土配半刚性基层道面面层和基层应力可控制在允许范围内,但其在特载作用下沉降相对较大,相较整体式道面沉降量增大47.8%,其下土基塑性应变相对较大,较整体式道面塑性应变极值增大231%,对偏载作用较为敏感,对土基承载能力要求相对较高,较整体式道面对土基承载要求能力提高37.1%;鉴于整体式道面具有较为突出的较低土基承载能力的适应性、更小的沉降变形控制以及更好的偏载作用适用性,首选整体式道面作为火箭运输超重载道面形式,水泥混凝土配半刚性基层道面面层因其对地基承载条件相对较高等因素,在场地地质条件好、承载能力高的条件下可作为备选方案。研究成果为中国航天超重载火箭运输提供理论和实践支撑。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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