浅议斜向预应力混凝土路面设计

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1、浅议斜向预应力混凝土路面设计　　摘要:普通的水泥混凝土路面(PCCP)具有诸多的优点，但是由于PCCP设置接缝过多，极易破坏，故此，斜向预应力混凝土路面采用很少的横向接缝，以达到表面平整、行车舒适的要求，本文对斜向预应力混凝土路面设计进行研究，提出设计准则、设计程序。关键词:路面设计;斜向预应力;设计程序中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：1斜向预应力混凝土路面的特点相比于普通混凝土路面，斜向预应力混凝土路面有如下优势:(1)斜向预应力混凝土路面的承载能力通过施加预应力可以大大提高，由于在路面纵向和横向两个方向施加了预应力，约束了混凝土

2、的双向变形，比单一方向的预应力更适合路面的受力状况，路面板的受力特性得到改善，从而大大提高受弯变形的能力而不会出现裂缝。(2)斜向预应力混凝土路面只需在路面端部及锚固区布置少量构造钢筋，大大节省了钢筋用量。(3)6由于采用斜向布筋方式，预应力筋长度较短，可在一端进行张拉，也不需要使用连接器。此外，由于预应力筋张拉在路面两侧进行，避免了留设后浇带，实现混凝土施工的连续性并简化施工。2斜向预应力混凝土路面设计依据根据国外纵向预应力混凝土路面的设计经验，结合中国现行规范，认为斜向预应力混凝土路面的设计标准为:在设计基准期内，不产生疲劳断裂为设计标准，采

3、用国外与国内相结合的方法进行设计。一般认为，路面中所施加的斜向预应力的大小主要由以下三个因素所决定:交通荷载、由温度和湿度所引起的翘曲约束、板收缩期间的板底摩擦约束。基本的设计方程为(1)式中:σL，r为由荷载疲劳应力;σΔTr为由温度疲劳应力;σF为由基层摩阻引起的应力;σpy为斜向预应力引起的纵向压应力;fr为混凝土的抗弯拉强度;γ为可靠度系数，可按规范取值。温度疲劳应力为σΔTr=ktσΔT，其中kt为考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，可按现行规范计算;σΔT为路面温度应力。如果假设温度梯度线性变化，那么温度应力为(2)式中:Ec、α

4、c、vc分别为混凝土弯拉弹性模量、温度膨胀系数和泊松比;ΔT6为混凝土路面面板上、下层温度差(℃)，与混凝土面板的最大温度梯度值Tg有关。路基摩阻引起的应力为(3)式中:μr为面板和基层间的摩阻系数;ρ为混凝土密度;χ为计算荷位距板端的距离，当χ=L/2时(L为板长)，摩阻应力达到最大，取σF=μrρL/2。根据有限元分析可知，斜向预应力混凝土路面的临界荷位与普通混凝土路面相同，均为板的纵缝边缘中部，荷载疲劳应力可按现行设计规范进行计算。3斜向预应力混凝土路面设计3.1结构构造和组合设计斜向预应力混凝土路面的路基、垫层、基层、路面横向坡度、路肩、

5、排水及材料选型与要求等与普通混凝土路面相同。尽管预应力路面在较弱的地基上，仍然表现出令人满意的性能，但考虑到路面板较薄，为了防止路面的破坏，仍采用较强的地基，要求与普通混凝土路面相同。与普通混凝土路面不同的是，预应力混凝土路面因其板长度很长，为防止过多的预应力损失和板底的不利约束，需对基层顶面进行处理，采用加铺滑动层来减小摩擦系数。滑动层的设置通常有以下3种:(1)采用细砂层和防水材料的组合铺设在基层顶面，如砂和防水纸、砂和油毛毡、砂和聚乙烯薄膜或沥青材料作6滑动层。(2)采用土工织物或土工织物与其他材料的组合铺设在基层顶面。(3)当基层顶面采用

6、沥青表面处治或乳化沥青稀浆作下封层，且其质量好时，下封层可直接作为滑动层。3.2初步设计(1)板长在满足经济性和施工便利的条件下，应该尽量采用较长的板，以减少接缝的数量，板长决定了接缝的宽度、路基摩阻力的大小以及预应力值，根据国内外工程经验，参考纵向预应力路面板的长度，斜向预应力路面板的长度一般可取90～210m。(2)板厚在相同的荷载下，斜向预应力混凝土板的厚度比普通板要薄很多，根据《混凝土结构设计规范》(GB50010－2002)中钢筋最小保护层厚度的要求，路面板最小厚度为14cm，以防止开裂和钢筋锈蚀。路面过薄也会产生较大的挠度。ACI法建

7、议，对于公路来说，预应力路面板厚应略大于相应素混凝土路面的0.65倍;对于机场而言，应是0.6倍。对于中国公路而言，考虑到运输繁忙和超载现象严重，建议斜向预应力路面的板厚取相应素混凝土路面板厚的0.7～0.75倍。6(3)预应力筋布设角度、间距及位置根据有限元分析，预应力筋的布设角度一般可在25～45°之间取值，布设间距不宜过大，若间距过大，板内横向应力分布不均匀，布设位置应在1/2板厚偏下1～2cm处。3.3推荐设计程序对于修筑一定长度的斜向预应力混凝土路面，其板厚和施加预应力值的大小均为未知，因此必须给定一个量，才能求解计算。设计方法及具体步

8、骤如下:(1)轴载调查和轴载谱分析收集交通资料，计算设计车道使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne。我国刚性路面设计规范将后轴重100kN