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)上進行沖斷預(yù)估,具有重要的理論意義和使用價值。
　　 對耒宜高速、G210銅川段、山西省道孫吳線二級公路和粵贛高速四條公路的CRCP進行了路況調(diào)查,發(fā)現(xiàn)沖斷占到影響行車的病害的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％,說明應(yīng)該以沖斷作為CRCP的設(shè)計指標(biāo),而且應(yīng)該根據(jù)橫向裂縫的縱向分布進行沖斷預(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單元對混凝土和鋼筋進行離散,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,對參數(shù)取值進行了論證,建立了CRCP有限元模型。對CRCP在降溫作用下的應(yīng)力應(yīng)變進行了分析,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計算分析的主要參數(shù),需要考慮它們的變異性來預(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橫向開裂進行了預(yù)估。分析表明混凝土橫向開裂在100天左右趨于穩(wěn)定,并對裂縫間距進行了統(tǒng)計,在此基礎(chǔ)上對裂縫寬度進行了分析。
　　 確定了將非線性溫度分布轉(zhuǎn)化為線性溫度分布的計算公式,提出了將濕度梯度轉(zhuǎn)化為溫度梯度進行計算的分析方法。采用有限元軟件建立了車輛荷載、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,并進行了鋼筋等效和厚度等效。
　　 通過參數(shù)敏感性分析確定四個重要結(jié)構(gòu)參數(shù):傳荷系數(shù)、裂縫間距、溫度梯度和板厚。對參數(shù)取不同的值進行研究,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)估出是否會發(fā)生沖斷,進而結(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、基層類型、鋼筋防護方法、縱橫向鋼筋的夾角、縱向鋼筋的

6、埋置深度、主動控制裂縫間距等因素,修筑了11個CRCP試驗段,測試了混凝土的抗壓強度、抗拉強度、抗彎拉強度、抗壓模量和抗彎拉模量,調(diào)查了各試驗段裂縫發(fā)展?fàn)顩r,進行了FWD測試,并對比分析了各因素對于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型對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的主動控制裂縫間距可以有效防止自然裂縫的產(chǎn)生。另外,對于車輛荷載和環(huán)境荷載作用下CRCP的應(yīng)力應(yīng)變進行了測試