本作品通过对地震后灾区道路破坏形式和交通特征的调查分析,提出了震后道路的应急抢修方案,优选轻质高强的玻璃纤维环氧树脂材料,设计了一种结构轻盈、适用范围广、施工快捷、可储备重复利用的格栅-土石式应急路面板。运用有限元方法,对这种应急路面板在不利荷载工况下的受力状态进行了数值模拟分析,验证其结构强度的可靠性。同时,对应急路面板的施工工艺展开了相应研究,以最大程度地提高灾区道路抢修的时效性。
近年来,频发的地震等地质灾害对我国人民的生命财产安全构成严重威胁,灾后道路损毁已成为抗震救灾的主要制约瓶颈,震后破坏道路的应急抢修成为救灾的关键环节。所以,道路的快速抢通对于提高救灾的时效性、保障灾区人民的生命财产安全具有极为深远的影响。
目前,国内外对于应急路面的应用主要集中在军事领域。道路应急抢修技术多需要专业人员和特殊机械设备,且设备笨重、成本较高、铺设长度有限,传统道路抢修技术更是作业效率低下,难以满足抗震救灾的高时效性需求,都不太适合在救灾中推广使用。为保证灾区道路的快速抢通,本作品采用轻质高强的玻璃纤维环氧树脂复合材料,开发了格栅-土石式应急路面板。
这种应急路面板包括下面板、格栅板、侧板、盖板、联结耳片、U型搭接平台和搭接板(附录1:应急路面板结构示意图)。内部横隔板格栅间距较大,使得路面板本身并不足以承受车辆荷载,但施工时可向格栅内填充现场的土石并压实,盖上盖板后,便可满足强度要求。这样,既充分利用了现场便于运输的土石,达到土石与横隔板一起支撑行车荷载的目的,同时也最大程度地降低了路面板的材料成本和运输重量,提高了路面板的运输效率和救灾的时效性。相邻板间联结采用搭接设计且侧板有耳片辅助固定,不仅联结稳定牢固,而且组装十分快捷。上盖板采用盒盖式结构,盖边和错台式搭接设计使得相邻盖板间稳定牢固,即盖即通行。整个施工过程无需螺栓等固定装置,大大提高了施工效率。
应急路面板通过现场的组装和施工,部分就地取材,能够快速解决交通中断问题,为救灾物资、医疗设备等的运输提供有力的保障,为抗震救灾争取宝贵的时间。
同时,本作品基于“偏安全”的设计原则,运用ABAQUS有限元软件,对这种应急路面板在最不利工况下的受力状态进行了数值模拟分析,验证其结构强度和刚度的可靠性。为了最大程度地提高灾区道路抢修的时效性,本作品还提出了应急路面板快速施工的施工组织和工艺。
第十二届“挑战杯”作品 二等奖
1.本作品于2011年4月获长安大学第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。(附录5:获奖证书)
2.本作品于2011年6月获陕西省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。(附录5:获奖证书)
3.本作品相关研究成果已撰写论文“Designing and Mechanical Simulation Analysis of Grid-earth-rock Emergency Pavement Slab”,已被“IEEE环境、土木与能源工程国际研讨会”(EI刊源)录用,并将于2011年7月在内蒙古进行学术交流。(附录8:论文录用通知书)
4.本作品于2011年3月,经教育部科技查新工作站查新鉴定,认为国内尚无本作品相同的文献报道。(附录10:科技查新报告)