Tytuł pozycji:
Wpływ zmian temperatury na stan przemieszczeń i naprężeń w płycie betonowej
Oddziaływanie temperatury w ciągu doby powoduje istotne zmiany w odkształcaniu się płyt betonowych wbudowanych w nawierzchnie drogowe. W związku z rozszerzalnością termiczną oraz nierównomiernym oddziaływaniem temperatury, płyta betonowa odkształca się w ciągu doby w zależności od różnych warunków jej posadowienia. Związane jest to z różnymi typami warstw oraz stanem podłoża, na którym spoczywa płyta. W Polsce, z uwagi na częste zmienne warunki pogodowe, nawierzchnie betonowe poddawane są cyklicznym oraz zróżnicowanym odziaływaniom termicznym w ciągu roku i doby. W artykule przeanalizowano wpływ różnych warunków podparcia płyty na stan przemieszczeń i naprężeń w analizowanym układzie warstwowym. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w zależności od zmiennej temperatury dobowej z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES). Z obliczeń wynika, że na skutek dobowych zmian temperatury w obszarze szczelin poprzecznych w podbudowie mogą pojawić się skumulowane przemieszczenia pionowe oraz naprężenia rozciągające prowadzące do uszkodzenia nawierzchni. Wykazano, że stosowanie sztywnych podbudów prowadzi do powstawania większych naprężeń rozciągających w płycie niż dla podbudów podatnych. Natomiast w podbudowach podatnych o małym module sztywności i dodatkowo o małej grubości będą pojawiać się skumulowane przemieszczenia. Pokazano wpływ zmiany wartości modułów i podłoża na wartości termicznych naprężeń rozciągających w płycie betonowej. Stwierdzono, że nawet niewielka zmiana grubości płyty w zakresie 5 cm w specyficznych warunkach może powodować zmiany w odkształceniach i naprężeniach. Przeprowadzone analizy mogą być pomocne przy projektowaniu nowych nawierzchni betonowych jak również ocenie nośności nawierzchni istniejących spoczywających na różnorodnych podłożach.
The impact of temperature over the course of a day causes significant changes in the deformation of concrete slabs embedded in road pavements. Due to thermal expansion and uneven temperature effects, a concrete slab deforms over the course of a day depending on the different conditions of its foundation. This is related to the different types of layers and the condition of the substrate on which the slab rests. In Poland, due to frequent changing weather conditions, concrete pavements are subjected to cyclic and varying thermal actions throughout the year and day. This paper analyzes the effect of different slab support conditions on the state of displacements and stresses in the analyzed pavement system. Numerical calculations were carried out as a function of varying diurnal temperature using the Finite Element Method (FEM). The calculations show that due to diurnal temperature changes, cumulative vertical displacements and tensile stresses leading to pavement failure can occur in the area of transverse cracks in the substructure. It has been shown that the use of rigid substructures leads to higher tensile stresses in the slab than for susceptible substructures. On the other hand, cumulative displacements will occur in susceptible substructures with a low modulus of stiffness and, in addition, a low thickness. The effect of changing modulus and substructure values on the values of thermal tensile stresses in a concrete slab is shown. It was found that even a small change in slab thickness in the range of 5 cm under specific conditions can cause changes in deformations and stresses. The analyses carried out can be helpful in designing new concrete pavements as well as in evaluating the load-bearing capacity of existing pavements resting on a variety of substrates.
