連續(xù)配筋混凝土路面橫向裂縫分布和沖斷預(yù)估研究.pdf

1、沖斷是連續(xù)配筋混凝土路面(CRCP)的最主要的病害,主要發(fā)生在密集裂縫處,與平均裂縫間距和平均裂縫寬度沒(méi)有相關(guān)性,論文研究了溫降和干縮作用下橫向裂縫的縱向分布,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行沖斷預(yù)估,具有重要的理論意義和使用價(jià)值。
　　 對(duì)耒宜高速、G210銅川段、山西省道孫吳線二級(jí)公路和粵贛高速四條公路的CRCP進(jìn)行了路況調(diào)查,發(fā)現(xiàn)沖斷占到影響行車(chē)的病害的90％以上,而且這四條路密集裂縫處的沖斷分別占到各條路沖斷總量的100％、44％、50％

2、和63％,說(shuō)明應(yīng)該以沖斷作為CRCP的設(shè)計(jì)指標(biāo),而且應(yīng)該根據(jù)橫向裂縫的縱向分布進(jìn)行沖斷預(yù)估。
　　 根據(jù)鋼筋與混凝土間的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系及地基摩阻力的線性分布假設(shè),建立了CRCP溫降和干縮應(yīng)力的計(jì)算模型與應(yīng)力平衡微分方程,并求得CRCP在降溫和干縮條件下混凝土和鋼筋的應(yīng)力及位移計(jì)算公式,采用有效彈性模量法考慮了混凝土的應(yīng)力松弛。分別采用CPS4單元和B21單元對(duì)混凝土和鋼筋進(jìn)行離散,采用水平彈簧單元模擬鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移

3、,采用水平和豎向彈簧模擬基層與混凝土板之間的關(guān)系,對(duì)參數(shù)取值進(jìn)行了論證,建立了CRCP有限元模型。對(duì)CRCP在降溫作用下的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了分析,并給出了應(yīng)力和應(yīng)變的云圖。參數(shù)敏感性分析表明,混凝土彈性模量、地基摩阻力系數(shù)和混凝土熱膨脹系數(shù)是溫降和干縮作用下CRCP計(jì)算分析的主要參數(shù),需要考慮它們的變異性來(lái)預(yù)估CRCP的橫向裂縫的縱向分布。
　　 采用Monte-Carlo的方法,考慮混凝土強(qiáng)度和基層摩阻力的變異性以及平均氣溫逐月變

4、化,以凝結(jié)溫度與月平均氣溫之差的月變化作為環(huán)境荷載,采用自編程序?qū)RCP橫向開(kāi)裂進(jìn)行了預(yù)估。分析表明混凝土橫向開(kāi)裂在100天左右趨于穩(wěn)定,并對(duì)裂縫間距進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),在此基礎(chǔ)上對(duì)裂縫寬度進(jìn)行了分析。
　　 確定了將非線性溫度分布轉(zhuǎn)化為線性溫度分布的計(jì)算公式,提出了將濕度梯度轉(zhuǎn)化為溫度梯度進(jìn)行計(jì)算的分析方法。采用有限元軟件建立了車(chē)輛荷載、溫度梯度和濕度梯度作用下CRCP應(yīng)力分析模型,其中充分考慮了裂縫間的傳荷能力、基層與面層間的摩阻

5、系數(shù)的影響,并進(jìn)行了鋼筋等效和厚度等效。
　　 通過(guò)參數(shù)敏感性分析確定四個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù):傳荷系數(shù)、裂縫間距、溫度梯度和板厚。對(duì)參數(shù)取不同的值進(jìn)行研究,給出不同傳荷能力下的諾謨圖。給出了沖斷預(yù)估程序,根據(jù)密集裂縫間距計(jì)算出CRCP頂部臨界橫向拉應(yīng)力后,根據(jù)損傷線性累積定理可預(yù)估出是否會(huì)發(fā)生沖斷,進(jìn)而結(jié)合橫向裂縫縱向的非均勻分布可以確定出沖斷的數(shù)量。
　　 改變混凝土組成、基層類(lèi)型、鋼筋防護(hù)方法、縱橫向鋼筋的夾角、縱向鋼筋的

6、埋置深度、主動(dòng)控制裂縫間距等因素,修筑了11個(gè)CRCP試驗(yàn)段,測(cè)試了混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗壓模量和抗彎拉模量,調(diào)查了各試驗(yàn)段裂縫發(fā)展?fàn)顩r,進(jìn)行了FWD測(cè)試,并對(duì)比分析了各因素對(duì)于CRCP性能的影響。結(jié)果表明:混凝土材料、縱橫向鋼筋的夾角和基層類(lèi)型對(duì)于密集裂縫的影響大于混凝土面板和基層之間的夾層的影響,1～5 m的主動(dòng)控制裂縫間距可以有效防止自然裂縫的產(chǎn)生。另外,對(duì)于車(chē)輛荷載和環(huán)境荷載作用下CRCP的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了測(cè)試