连续配筋混凝土路面荷载应力分析

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1、连续配筋混凝土路面荷载应力分析　1、概述　　为了减少接缝水泥混凝土路面由于横向胀、缩缝的薄弱而引起的各种病害（如唧泥、错台等），改善路用性能，延长道路的使用寿命，在高等级公路的特殊地段采用连续配筋混凝土路面（简称CRCP）是一种合理的路面结构形式。CRCP由于在路面纵向配有足够数量的钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量，在施工时完全不设胀、缩缝（施工缝及构造所需的胀缝除外），为道路使用者提供了一条完整而平坦的行车表面，既改善了汽车行驶的平稳性，同时又增加了路面板的整体强度。　　CRCP的板厚由车辆荷载来控制。美国ACI设计法是根据AASHO试验路的观测资

2、料提出的JCP的设计方法引入了荷载传递因素J，建立了新的诺谟图；认为CRCP板厚较JCP可减薄10％～20％。　　TeaxsAustin大学的MA，J.C.M，B.F.McCullough等、日本Kanazam左右。由于纵向连续钢筋的作用，横向裂缝发展较为规则（垂直于中线方向）。在横向裂缝处，混凝土路面板完全断开，纵向钢筋保证其张开量不至过大。　　2.4地基模型地基模型为温克勒地基模型和弹性半空间地基模型。　　3、有限元分析方法　　连续配筋水泥混凝土路面板是由板单元、钢筋单元、裂缝单元及地基四部分组成的。有限元分析时用结点位移｛δ｝表示各单元的内力，再根据相同结点叠加的

3、原则形成总刚度矩阵［K］；同时按静力等效的原则，将每个单元所受的荷载移置到相应结点上形成荷载列阵｛F｝。通过平衡方程｛F｝＝［K］｛δ｝求解结点位移｛δ｝，并得到应变矩阵｛ε｝和应力｛σ｝。　　3.1钢筋单元的刚度矩阵　　平面内任意一根杆件的杆端力分量是节点对杆端的作用力沿x、y坐标轴向的分量，其符号规定与x、y方向一致为正，相反为负，杆端力分量的列阵为，｛F｝＝［UiViUjVJ］T；杆端位移分量的列阵为，｛δ｝＝［UiViUjVJ］T.　　或｛F｝＝［K］｛δ｝　　3.2裂缝单元的位移模式及刚度矩阵划分单元时，混凝土在横向裂缝处不连续，裂缝两侧的结点应分开编号，但

4、裂缝单元两侧结点的坐标相同。如图3所示，横向裂缝两侧对应结点以联结单元相联，这种联结单元在X、Y、Z三个方向具有联结刚度Kx、Ky、Kz.对于裂缝截面上纵向钢筋相联结处，联结单元的Kx为钢筋的抗拉（压）刚度，Ky、Kz为裂缝处钢筋与混凝土共同作用的抗剪刚度；　　而对于相应混凝土结点间的联结单元，Kx为混凝土的抗压刚度，Ky、Kz为裂缝两侧骨料的嵌锁刚度。　　（1）联结单元的应变矩阵联结单元的应变是指其两端结点在X、Y、Z三向位移差，量纲为长度。　　（2）应力矩阵由应力应变关系可得：［σ］e＝［D］｛ε｝eKx——钢筋抗拉（压）刚度，，kg/cm；　　Ky＝Kz——钢筋的

5、抗剪刚度，，kg/cm；　　β——埋入混凝土中的钢筋的相对刚度，1/cm；b——裂缝宽度，cm；　　Es、As——钢筋弹性模量及面积。　　上式的详细推导见　　4、CRCP荷载应力分析　　由于纵向连续钢筋的作用，CRCP成为一种有良好传荷能力的多板系统，各块板共同承受车辆荷载的能力较好。　　CRCP的配筋率Ps应由温度、湿度变化的大小来控制设计。在仅受车辆荷载作用时，CRCP纵向钢筋的作用是提高和保持裂缝的传荷能力，从而达到减小荷载应力的目的。　　利用程序CRCPLS分析纵向配筋率Ps对路面板荷载应力的影响。计算时取钢筋直径D＝14、16、18、20mm，板宽B＝4.0m

6、，板厚H＝20cm，采用20根Ⅲ级钢筋，相应的纵向配筋率为0.384％、0.50％、0.636％、0.785％，地基弹性模量Es取100、200MPa.计算结果如图4、5所示。　　荷载作用在横向裂缝中部如图4所示，不论裂缝间距L及地基模量Es取何值，纵向配筋率Ps增大时将引起板内最大主应力及最大弯沉的减小。但是，当Ps从0.384％增加到0.785％时，应力的减小幅度不大。对于Es=100、200MPa的情况，应力减小分别为5.5％～7.6％和4.4％～6.6％，其中以裂缝间距L＜1.0m时减小最多；同样，弯沉的减小也不明显，分别为2.8％～4.2％和3.5％～5.7％

7、。　　5、临界荷位　　5.1　分析参数取值（1）盐城铺筑的500mCRCP试验路经过6年的营运后发现，其绝大多数横向裂缝的间距L在0.5～3.0m间。因此，分析时采用L＝0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0m八种间距来计算CRCP的荷载应力。　　（2）对纵向配筋率Ps的分析表明，在通常情况下Ps对荷载应力的影响不大。考虑到结果的安全性，取Ps=0.5％来计算，采用Φ16的Ⅲ级钢筋。　　（3）CRCP的板厚H取为20cm，板宽B取4.0、6.0m两种；裂缝宽度取为0.5mm；采用弹性半空间地基，取Es=100、20