连续配筋混凝土路面性能参数影响的试验

在对连续配筋混凝土路面(CRCP)病害调查的基础上,选定冲断和密集裂缝作为CRCP性能评价指标,修筑了11个CRCP试验段,通过改变混凝土组成、基层类型、钢筋防护、纵横向钢筋的夹角、纵向钢筋的埋置深度和主动控制裂缝间距等因素,测试了混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗弯拉强度、抗压模量和抗弯拉模量;调查了各试验段裂缝发展状况,进行了落锤式弯沉仪(FWD)测试,并对比分析了各因素对CRCP性能的影响。结果表明,混凝土材料、纵横向钢筋的夹角和基层类型对密集裂缝的影响大于混凝土面板和基层之间夹层的影响,1~5 m的主动控制裂缝间距可以有效防止自然裂缝的产生。     

移动荷载作用下连续配筋混凝土路面三维有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了连续配筋混凝土路面的三维有限元模型,利用用户子程序VDLOAD模拟了行车荷载的动力加载作用,分别采用梁单元和rebar单元模拟CRCP面板中的纵、横向钢筋的加筋作用,取得了较好的计算效果.计算分析中考虑了交通荷载、车速、纵向配筋率、钢筋布置位置和面板厚度等不同的内外影响因素,以路面结构的应力、应变与竖向位移为主要评价指标,揭示CRCP路面的动力响应特征.分析认为:CRCP路面的动力响应对于交通荷载的大小较为敏感;从纵向钢筋的受力角度看,宜在面板上部配置钢筋;钢筋在动力作用下发生屈服或者破坏的可能性较小,应该关注路表裂缝渗水所引起的病害;低纵向配筋率时,增加CRCP面板厚度的方法不可取,而薄板高配筋率的建设方案更加有利于今后路面的维护和改建.     

基于水-热-力耦合作用的冻土区CRCP路面应力特性

为了研究多年冻土区地基融沉效应对路面结构应力状态的影响,基于水-热-力耦合作用理论,利用COMSOL有限元软件建立了冻土区连续配筋混凝土路面(CRCP)有限元模型,研究了基层与底基层材料参数、面板厚度与模量、配筋率对CRCP路面结构组合应力的影响,提出了适用于多年冻土区CRCP路面的合理结构形式.结果表明,地基融沉效应对于CRCP路面结构应力影响显著.融沉效应和车辆荷载耦合作用下,板内最大主应力随时间推移逐渐变大.板内最大主应力随面板、基层和底基层的厚度增加而减小,随各层模量的增加而增大,但配筋率的变化对其无影响.考虑融沉效应时,CRCP路面板+水泥稳定碎石+石灰土的路面结构较适宜于多年冻土区,可为多年冻土地区CRCP路面结构设计提供参考.     

基于参数变异性的连续配筋混凝土路面横向裂缝分布预估方法

连续配筋混凝土路面(CRCP)的病害冲断主要发生在横向密集裂缝处,故裂缝的分布预估是准确预估冲断的基础。先进行环境荷载作用下CRCP应力和位移分析,然后考虑混凝土干缩、混凝土强度、混凝土线膨胀系数等参数沿路面纵向的变异性以及材料性能随时间的变化,采用增量分析方法和Monte Carlo方法对CRCP横向开裂进行了预估,最后对预估得到的裂缝间距进行了统计分析,并与CRCP的裂缝分布调查结果进行了对比。研究结果表明:由于采用了增量分析方法,可以考虑早期产生的裂缝对后期裂缝的影响;理论预估和实地调查得到的CRCP裂缝均服从Weibull分布,理论预估方法比较合理;混凝土强度、线膨胀系数、干缩以及基层与面板间摩阻系数的变异性还需实测确定。     

基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计方法

采用裂缝实际调查和影响因素数值分析,研究基于可靠度的CRCP配筋率设计方法.通过实际调查CRCP路面裂缝间距与宽度分布情况,认为裂缝间距的分布符合对数正态分布模型,裂缝宽度的分布符合正态分布模型;分析了钢筋直径、配筋率、混凝土极限拉应力及钢筋与混凝土之间的黏结应力对裂缝间距和裂缝宽度的影响规律;通过CRCP路面失效概率分析,认为裂缝间距与裂缝宽度的可靠度主要与设计裂缝间距及参数的变异水平有关.给出了CRCP的横向裂缝最佳间距值,得出基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计法.     

连续配筋水泥混凝土路面的临界荷位

以三板系统模拟连续配筋水泥混凝土路面,计算获得了连续配筋路面的临界荷位.引入接缝混凝土板的传力杆设计理念,确定了连续配筋路面横向裂缝处钢筋的传荷刚度计算公式.同时,以有限元方法建立了CRCP横向裂缝处混凝土的传荷刚度计算公式.裂缝处传荷刚度的确定,为模拟CRCP荷载应力计算提供了关键参数.有限元数值计算表明：三板系统中,当边板长度大于4 m时,边界条件将不对应力计算产生影响.对于双车道路面,计算所得的板宽向最大应力位于左车道外侧车轮板底的轮迹中心处,此时的路面荷位为标准轴载位于路面右边边缘且靠近裂缝边缘,推荐此荷位作为路面承载力检验的核算位置.     

重载交通下CTCP-CRCP复合路面振动试验研究

对由斜向交叉缓黏结预应力混凝土上面板(CTCP)、沥青砂应力吸收层、连续配筋混凝土下面板(CRCP)组成的"三明治"式复合路面结构在不同重载车辆冲击下的加速度反应进行试验研究.首先,利用埋设的加速度计,分别测试了在轴载为100、200、300kN的重载车辆冲击下CTCP和CRCP的加速度反应谱,并采用CTCP和CRCP加速度比值的统计均值作为沥青砂应力吸收层的应力吸收因数.然后,对上述3组加速度反应谱进行傅里叶变换,获得频率谱.试验结果表明:在上述3组重载车辆冲击作用下,CTCP加速度最大峰值分别为0.022、0.039、0.059m·s~(-2),CRCP加速度最大峰值分别为0.010、0.015、0.025m·s~(-2),沥青砂应力吸收层应力吸收因数分别为3.15、3.38、3.46.该结果表明"三明治"式复合路面结构中沥青砂应力吸收层能有效缓解重载车辆对路面的冲击,适合在重载交通中应用.     

基于实测数据的双层CRCP横向裂缝研究

以武汉市"21号公路"改建实体工程试验段现场测试数据为基础,采用数理统计方法对双层连续配筋混凝土路面(CRCP)横向裂缝发展和分布规律进行研究.结果表明:伸缩缝对双层CRCP端部伸缩段影响范围为20~60m;施工季节温度对双层CRCP横向裂缝的产生和分布有较大影响,温度越高裂缝数量越多,且28d龄期内裂缝数量增长较快,反之,施工季节温度越低裂缝数量越少,且28d龄期内裂缝数量增长较慢;双层CRCP横向裂缝间距符合Weibull分布,以短开裂间距为主;构建Weibull参数会随时间变化的二次反比例函数模型,预测出双层CRCP试验段横向裂缝稳定后,左幅最终平均裂缝间距和方差分别为0.596和0.081m,右幅的最终平均裂缝间距和方差分别为0.689和0.242m.     

半刚性基层沥青混凝土路面横向裂缝产生原因初探

本文针对半刚性基层沥青混凝土路面产生非荷载裂缝的病害,通过对二灰碎石半刚性基层横向裂缝产生原因的分析,提出对二灰碎石配合比设计进行探讨和加强施工控制措施,以减少面层非荷载反射裂缝的数量,最大限度地减少半刚性基层沥青混凝土路面非荷载裂缝病害的发生。     

刚性基层沥青路面沥青层破坏行为与机理

针对刚性基层沥青路面结构的特点和现有研究的不足,运用损伤力学理论和数值仿真法,并结合对实体工程的观测,研究刚性基层沥青路面沥青层的破坏行为与机理。研究结果表明:刚性基层沥青路面的车辙深度随荷载作用次数的增加而增加,但增加幅度随作用次数的增加不断减小,且车辙深度比其他路面结构的小;在沥青层表面以下1/5厚度左右处及接缝附近的沥青层底面易出现剪切疲劳损伤,建议沥青层的厚度不宜太薄,应在接缝处采取一定的抗裂措施。沥青层的纵向裂缝主要集中在行车道轮迹带附近,部分横向裂缝也仅从表面向下延伸2cm左右,这些裂缝均为Top-Down裂缝。连续配筋混凝土板上沥青层有少量反射裂缝和Top-Down裂缝,要严格控制钢筋埋置深度处缝隙的宽度。     

设置沥青功能层的水泥混凝土路面传力杆数值分析

设置沥青功能层的半刚性基层水泥混凝土路面是一种新型复合式路面结构。利用ANSYS建立路面结构的三维数值模型,分析水泥路面传力杆不同参数（长度、间距、直径）对接缝两端弯沉差的影响,同时对不同传力杆组合设计参数进行优化分析,得到了设置沥青功能层的水泥混凝土路面传力杆尺寸和间距。计算结果可为设置沥青功能层的水泥混凝土路面结构设计提供理论依据。     

CRCP加HMA加铺层荷载应力分析

CRCP加HMA加铺层路面结构以其良好的整体性、耐久性和行车舒适性 ,在道路铺装中得到了广泛的应用 .但是由于CRCP中有钢筋和横向裂缝的存在 ,使得对这种路面结构的应力计算困难较大 .使用有限元方法 ,对CRCP加HMA加铺层这种路面结构化简为平面应变问题进行分析 ,采用等参八结点四边形单元作为基本的单元对路面结构进行离散化 ,用组合单元法模拟钢筋的单向加劲作用 ,用裂缝单元模拟裂缝的传荷作用 .得出了裂缝间距和配筋率对路面结构应力的影响     

二灰稳定碎石基层应用技术

二级公路路面以半刚性基层沥青混凝土路面为主,半刚性基层大多采用水泥稳定碎石和二灰稳定碎石.探讨二灰稳定碎石基层的路用性能及配合比设计的控制方法.     

CRCP加HMA加铺层荷载应力分析

CRCP加HMA加铺层路面结构以其良好的整体性、耐久性和行车舒适性，在道路铺装中得到了广泛的应用．但是由于CRCP中有钢筋和横向裂缝的存在，使得对这种路面结构的应力计算困难较大．使用有限元方法，对CRCP加HMA加铺层这种路面结构化简为平面应变问题进行分析，采用等参八结点四边形单元作为基本的单元对路面结构进行离散化，用组合单元法模拟钢筋的单向加动作用，用裂缝单元模拟裂缝的传荷作用．得出了裂缝间距和配筋率对路面结构应力的影响．     

沥青混凝土公路路面接缝处理工艺的探讨

对沥青混凝土路面在冷接缝施工中存在的问题进行了分析,并详细介绍了沥青混凝土路面施工中的横向接缝处理时应注意的要点及接缝处理的施工方法。     

论沥青混凝土路面的基层

(1)最近几年来世界各国(苏联、美国、瑞典、挪威等)其中也包括中国高价的沥青混凝土路面由于道路基层强度不够而大量损坏。基层通常用碎石、大石块、砾石、泥结碎石和各种粘结料(沥青、柏油、水泥、石灰)改善的土壤建造。目前美国、西欧各国和苏联只有在偶而情况下才采用“大石块”基层。现在道路基层的材料主要是碎石、砾石、泥结碎石和稳定土壤。 (2)使用沥青混凝土路面的实践证明,只有在用碎石基层时这种路面的使用期限才能达到18—30年。采用其他柔性类基层时路面会出现大量损坏的现象,因为按混合料最佳级配原则来计设它们并不是适合的。最佳级配原则只有在由砾石、泥结碎石和其他相似材料构成过渡式路面时才是合理的。但是把它应用来建造沥青混凝土路面下的基层是不正确的。沥青混凝土路面的临界挠度比砾石、泥结碎石或稳定土壤等路面小1/2 或3/4。因此对沥青混凝土路面下道路基层材料的要求应该比用于建造过渡式路面时来得高。 (3)莫斯科建筑工程学院城市建设与经营教研组和全苏道路科学研究院进行的研究证明:砾石、泥结碎石和其他相似基层在潮湿时对自己强度的改变敏感性很高,这是因为基层包含细土粒(颗粒小于0.5公厘)之故,即使其数量不大于15％也是如此。 (4)野外和实验室试验曾经确定,例如砾石材料的含水量由4％增加到6％(按重量计),则其形变模量将由600公斤/平方公分降低到180,但是在设计沥青混凝土路面时,设计师总采用砾石材料的最大形变模量数值为800,甚至有时E=1000公斤/平方公分,却不管在混合料内细土的含量常常超过20％(按重量计)的事实,并且砾石和其他当地材料一样,其质量是非常不匀一的。我们的试验查明,只有筛过的砾石颗粒大小从60—15公厘时,其形变模量为E=800公斤/平方公分。但是,同样的砾石如果不过筛,又包含小于0.05公厘的颗粒为3％和小于2公厘的颗粒为17—20％,而细土粒在饱和状态下的塑性指数达4的话,则其变形模量仅350—500公斤/平方公分左右,甚至更低。 (5)1948—1956年对苏联各种自然条件下沥青混凝土路面损坏地段进行研究指出,大多数砾石、碎石(采用抗压强度小于500公斤/平方公分的石料)和泥结碎石基层在秋季特别是春季处于极潮湿的情况下,其形变模量不是设计值800—1000公斤/平方公分,而是E≤500公斤/平方公分。 (6)采用强度弱的石料建造沥青混凝土路面下的基层,特别在加强原有次高级路面时,显然是不利的。抗压强度小于500公斤/平方公分的软石料,只有预先用沥青或柏油处理后才能用来建造沥青混凝土路面的基层。 (7)在沥青或柏油处治的土壤基层上铺筑沥青混凝土路面,同样不是有效的。用水泥或石灰加固的当地土壤所建造的基层,此采用沥青或柏油处治的土壤时来得较为坚固。 (8)基层为混凝土甚至其中掺用碎砖的混凝土,则沥青混凝土路面的工作情况很好。 (9)分析提高沥青混凝土路面使用期限方面所积累的经验可得出下列各点结论: A.有适当垫层的混凝土基层应该认为是最完善的一种基层; B.沥青混凝土路面可以敷设在形变模量为E=1000公斤/平方公分(单层式时)和E=800公斤/平方公分(双层式时)的材料所组成的柔性的基层上; B.只有抗压强度超过R=800～1000公斤/平方公尺的石料所造成的基层方能满足上述要求,这种基层可按碎石路、弹石路和大石塊形式敷设。石料强度很小,但不小于R≥400公斤/平方公分时,这种材料只准用于冰冻深度小于0.3—0.4公尺地区的干燥地段上; Γ.沥青混凝土路面不宜铺筑在沥青或柏油处治土壤基层上; π.砾石或泥结碎石材料只应该用于干燥地段的道路基层中,假如其中包含小于5公厘的颗粒不超过20％,小于0.5公厘不大于10％,小于0.074公厘不超过3％,并且在使用石灰岩时材料的强度(根据苏联规定的石料分类)应该是2—3级。在潮湿地方也可使用泥结碎石或不低于2—3级石灰岩或砾石,但其中包含小于5公厘的颗粒要在10％以下,要完全没有小于0.5公厘的颗粒,即实质上使用冲洗过的砾石。如泥结碎石或砾石材料的质量较坏,只有先用各种粘结料改善后才能使用,或者按表1的标准用于道路基层下层。 (10)第(9)项中所规定的建造沥青混凝土路面基层的砾石和泥结碎石材料的标准,和瑞典、美国的道路建筑实践是相结合的。只有这一种质量的砾石,不论其含水量如何(最大含水量可达到按重量计的4—5％),能在10次重复加荷的情况下不呈现“弹簧”状态。 (11)在北京、上海、南京、杭州和中国其他城市内,黑色路面的总厚度多为25—40公分,在这些路面上观察到无数裂缝和损坏,这些显然与道路的基层上层中包含细土粒过多有关。中国设计和建筑路面的专家们,必须参考世界各国用砾石或泥结碎石为基层设计沥青混凝土路面的经验,再根据自己当地的特点来制订砾石或泥结碎石材料的适当的技术规范。     

水泥混凝土路面传力杆应力分析力学模型

应用三维有限元模型分析水泥混凝土路面中传力杆与水泥混凝土的接触状况,并基于弯曲刚度等效原则将传力杆和水泥混凝土面层系统简化为双层梁结构.计算结果表明,弹性地基上双层梁结构可很好地描述水泥混凝土路面的挠曲效应,而接缝处的双层梁相对位移、转角、以及挤压应力合力与三维有限元解的差异,只需对双层梁层间竖向反应模量进行修正即可;随后,总结归纳了相对位移、转角及挤压应力合力修正系数的回归式,讨论给出了接缝传力杆的抗剪刚度与抗弯刚度的计算式,并指出传力杆的传递弯矩的能力很小可忽略.最后,计算分析了梁端部作用集中荷载时,有基层的地基梁接缝传荷问题,指出在接缝抗剪刚度相同条件下,基层存在可使接缝两侧挠度比增大,接缝传递的剪力减小.     

沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法;利用三维有限元法,对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热-荷载耦合应力对比分析,并进行了试验路观测与理论计算分析。结果表明:OLSM的耦合应力明显小于普通沥青混凝土的应力;OLSM中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消解及吸收裂缝处路面应力,可有效防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝,是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。     

基于FWD和温度梯度的CRCP反演方法修正

为了减少温度梯度对连续配筋混凝土路面(CRCP)反演分析的影响,对CRCP在极端环境(混凝土板顶与板底温度差值|ΔT|≥13.32℃)下的反演方法进行了修正.采用二维有限元软件ILLISLAB建立在不同温度差值(|ΔT|=4.44,8.88,13.32,17.76℃)和FWD荷载共同作用下的CRCP双车道模型,通过有限元模型得到理论弯沉值,对原有反演方法进行可靠性验证,量化不同温度差值对反演结果的影响.结果表明:当|ΔT|≥13.32℃(24)时,对横向裂缝间距大于3.0 m(10 feet)的CRCP,温度差值引起的反演参数(地基反应模量k值、混凝土弹性模量E和有效厚度heff)误差分别高达66.6%,27.8%和8.5%,难以忽略,进而提出适用于该环境下的反演方法.最后,将其应用到美国芝加哥某收费高速公路的CRCP试验段上,结果表明该路段中混凝土板与基层的层间黏结情况整体较好.     

考虑孔隙水压力不利影响的沥青路面结构组合分析

为研究水对不同路面结构的影响程度,基于多孔介质理论,选取16种典型高速公路沥青路面结构组合方案,建立动载作用下饱水沥青路面有限元模型,对路面结构内部层间最大孔隙水压力进行分析,并以孔隙水压力不利影响最小化建议适用于不同地区沥青路面结构的组合方案.结果表明,方案八(OGFC-13+AC-20+ATPB-25+水泥稳定碎石+级配碎石)的路面结构孔隙水压力最小;设置ATPB路面结构层能够有效减小孔隙水压力;贫混凝土作为基层的孔隙水压力较水泥稳定碎石的小.据此建议:在我国南方多雨地区,采用方案八的结构组合方案;在我国少雨地区,采用AC型沥青混合料为表面层和二灰土为基层;在我国降雨集中、重交通且经济较发达地区,采用SMA为表面层和贫混凝土为基层;重点考虑沥青路面水损坏时,需综合不同的路面结构方案确定底基层类型.