AASHTO连续配筋混凝土路面结构设计方法

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1、万方数据第11卷2011年第5期5月中国水运ChinaWaterTransDortVoI．11MayNo．52011AASHTo连续配筋混凝土路面结构设计方法胡春华，黄清丽(湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068)摘要：介绍了美国AAsHTo路面设计指南，连续配筋混凝土路面的设计程序、设计输入、结构响应模型、增量损伤分析和连续配筋混凝土路面病害预估。其中，冲断的发展是结构设计程序的基础，应用力学原理及设计寿命期的损伤累积进行模拟。增量损伤用于懈释在整个设计期内多个因素的变化。包括材料特性(混凝土强度和模量，基层侵蚀)、季节气候条件、交通荷载、裂缝传荷、路基支撑

2、等，并做出简要评述。关键词：连续配筋混凝土路面；设计参数；结构响应；损伤分析中图分类号：u416．2文献标识码：A文章编号：1006—7973(2011)05—0202—02一、概述连续配筋混凝土路面在纵向连续加筋，没有中间的横向收缩缝，因而具有较多的优势。其主要的结构病害是边缘的冲断，完全的冲断会导致行驶质量下降，甚至导致严重的道路交通事故，在设计中直接考虑冲断将可有效降低这些风险。作为美国国家合作公路研究计划(NcHRP)的一部分，研究并发展了连续配筋混凝土路面力学一经验设计程序。二、结构设计程序简介连续配筋混凝土路面的结构设计涉及到设计特征的选择，以使路面达到可接受可

3、靠度水平下的性能标准。从sHTO设计方法的按个设计过程涉及到一系列的步骤。首先选择一初始试验设计。给定需要的参数，如混凝土材料参数、钢筋材料性质、气候参数等。程序软件会计算出横向裂缝间距、荷载传递效率、拉应力、累积疲劳损伤及设计期内每个月末的冲断数，绘制出冲断随时间的变化曲线。比较预估的冲断值与设计者选取的期望可靠度水平下的临界冲断。则根据病害值的大小可将试验设计分为可接受或不可接受。若试验设计不能满足设计标准，将进行修正并重新分析，重复此过程直至满足结构性能标准。则从结构的角度可认为设计可行，进一步测试确定是否满足功能(平整性)标准，并进行寿命周期成本分析。以下介绍部分连

4、续配筋混凝土路面结构设计程序中的一些模型⋯。三、结构响应模型设计程序需要无数的应力计算值，以计算在多年设计期内每月的损伤。为减少计算时间，开发了基于有限元结构模型的快速求解模型(神经网络)来计算临界应力。用于快速求解模型的基本有限元模型布局中，交通方向上选取5段而横向选取2车道用于模拟，段宽假定为610mm，即L1汀PGPS一5试验中观测到的最常见的冲断宽度。临界响应点的位置(即弯曲时可能产生高应力)确定为顶层板的表面，距离路面边缘1，220mm沿横向开裂面方向。此外，有限元模型中还包括基层、路基纵向接缝和横向裂缝，以下介绍结构响应模型的主要特征。1．横向裂缝及纵向接缝预估

5、剪应力弹簧单元用来模拟不连续的横向裂缝及纵向接缝，其特性表征为竖向剪切弹簧刚度，单位裂缝长度的剪切弹簧刚度可以由荷载传递效率、路基反应系数及相对刚度半径等预估。2．路基及边缘支撑模型路基由一系列独立的可压缩弹簧组成，其刚度由路基反应系数确定，由软件ISLAB2000内部确定，由路基弹簧支撑的板单元面积的形函数积分。模拟程序中考虑了两种支撑损失。即由于混凝土板翘曲及引起的临时支撑损失和由于侵蚀引起的永久支撑损失。如果路基弹簧出现张拉，即假定板单元节点与弹簧间的连接为非支撑情况，以模拟因板翘曲引起的板下临时支撑损失。为解决因侵蚀过程引起的沿路面边缘的永久支撑损失，模拟分析路段下

6、的永久空隙，指定板下该面积的路基反应值k为零。假定空隙占用分析路段的全部宽度(沿交通行进方向)，空隙自路肩沿交通方向的延伸可由下式预估：髓=爿GE+(一7．4+o’342只∞+1．557占职∞+o．234艄脚)，12(1)其中：EE一自路面边缘的侵蚀延伸，英寸；AGE～路面龄期，月呓00—200号筛的通过率，％；P冗sczP一年平均降雨量，英寸B职DD一基层侵蚀度指数(贫混凝土基层取1；5％水泥处治基层取2；沥青处治基层及小于5％水泥处治基层取3；2．5％水泥的粒料基层取4；未处治的粒料基层取5)。3．交通荷栽模型交通荷载通过在节点上施加静载来进行模拟，该节点位于轮印覆盖区

7、域内。板单元上每个节点上的荷载通过板单元覆盖面积占轮印的比例来计算，荷载计算由软件进行，通过指定轴载的类型(单轴、双轮组或轮组)及通过轴载谱提供的轴重。4．水泥混凝土板翘曲模型由于瞬时的温度变化及施工温度梯度引起的连续配筋混凝土路面的翘曲应力分析采用等效的线性温度分布方法。该收稿日期：2011．02—25。、作者简介：胡春华(1973一)，男，湖北工业大学土木工程与建筑学院副教授，从事道路工程的教学与研究工作。万方数据第5期胡春华等：AAsHTo连续配筋混凝土路面结构设计方法方法允许将翘曲分析的双层体系转换为等效的