连续配筋混凝土路面收缩应力特征研究.pdf
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1、ROAD CoNS TRUCTI ON AND M ACHI NERY 文章编号 : 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 4 6 - 0 5 0 连续配筋混凝土路面收缩应力特征研究 张 ( 1 西 安公路研究 院 , 陕西 西安 娟 , 雷 甲 , 马庆伟 7 1 0 0 6 5 ;2 陕西省交通建设集团公 司 , 陕西 西安7 1 0 0 7 5 ) 摘 要 : 为研究连续配筋混凝土路面( c R C P ) 收缩应力特征 , 本文采 用解析解和有限元数值解计算 出两端钢筋位移固定条件下的板 内收缩应力分布, 采用有限元计算 出1 0米长C RC P允许端部
2、钢筋 位移条件 下的各位 置板 块 的板 内收缩应 力分布。结果表 明, 对 于两端钢 筋位移 固定条件 下的 C R C P混凝土 , 应 力在 板 中最 大 , 而钢 筋应 力和 混凝 土位 移在 裂缝 处最 大 。 关键词 : 连续配筋混凝土路面; 收缩应力; 应力分布 ; 有限元法 中 图分 类号 : U4 1 6 2 文献标 志码 : B S t u d y O i l S hr i nk a g e S t r e s s o f Co n t i nu o u s l y Re i nf o r c e d Co nc r e t e Pa v e me nt Z HANG J
3、u a n ,LEI J i a ,MA Qi n g we i ( 1 xi a n Hi g h wa y I n s t i t u t e ,Xi a n 7 1 0 0 6 1 ,S h a a n x i ,C h i n a 2 S h a a n x i P r o v i n c i a l C o mmu n i c a t i o n Co n s t r u c t i o n Gr o u p,Xi a n 7 1 0 0 7 5 ,S h a a n x i ,Ch i n a ) Abs t r a c t : I n or d e r t o s t u dy
4、t he c ha r a c t e r i s t i c s o f s h r i nk a ge s t r e s s o f c o nt i nu ou s l y r e i nf or c e d c o n c r e t e p a v e me n t( CRCP) ,t h e s h r i n k a g e s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f t h e i n n e r p l a t e i n f i x e d c o n d i t i o n o f r e i nf o r c e me n t di
5、 s pl a c e m e nt a t bo t h e nds wa s c a l c u l a t e d wi t h a n a l y t i c a 1 a nd f i ni t e e l e me n t nu me r i c a l s ol u t i o ns The s t r e s s d i s t r i but i o n un de r t he c o nd i t i on o f t he e n d r e i nf or c i ng ba r d i s p l a c e me n t wa s c a l c u l a t e
6、 d b y u s i n g t h e f i n i t e e l e me n t me t h o d,a n d t h e 1 0 一 me t e r l e n g t h CRCP i s a l l o wa bl e The r e s u l t s s ho w t ha t ,f o r CRCP c o nc r e t e wh i c h i S u nd e r t h e c o nd i t i o n o f t he e nd r e i n f o r c i n g b a r d i s p l a c e me n t ,t h e s
7、 t r e s s i s t h e l a r g e s t i n t h e p l a t e ,wh i l e t h e r e i n f o r c e me n t s t r e s s a nd t h e di s p l a c e m e nt o f c o nc r e t e a r e t he l a r ge s t i n t h e c r a c ks Ke y wo r d s: c o nt i nuo us l y r e i nf o r c e d c o nc r e t e p a ve m e nt ; s hr i nka
8、 ge s t r e s s; s t r e s s d i s t r i b ut i on; f i ni t e e l e me n t me t ho d 引 口 普通 水泥混 凝 土路面存 在着 许 多的接缝 ( 胀缝 、 缩缝) , 雨水可通过路面接缝渗入到基层 中, 使路面 产生错台、 唧泥等病害口 。而连续配筋混凝土路面 ( Co n t i n u o u s 1 y Re i n f o r c e d Co n c r e t e P a v e me n t ) , 以 下简称( C RC P ) , 不会设置任何接缝 , 且配置有较多 的纵向钢筋, 产生纵 向
9、拉应力 以约束混凝土收缩开 裂 _ 2 。C R C P既 保 留 了 普 通 水 凝 土 路 面 的 全 部 优 点 , 又去除了它 的缺点 , 增强 了路面板 的整体刚度 , 改 善 了汽车行 驶 的平 稳性 。 国内外对 C R C P应力 分 析 进 行 了较 多 的研究 , 但依然存在一些不足之处 。比如注重温缩影响而忽 收稿 日期 : 2 0 1 5 - 0 1 0 4 4 6 略干缩影响、 端部位移为零不符合实际、 忽略路面应 力 和裂缝 动态发 展等 5 。本 文根 据现有 的适 用 于不 同端部钢筋位移 的 C RC P收缩应力解析解 , 采用解 析解和有限元数值解计算出两端
10、钢筋位移 固定条件 下的板内收缩 应力分布 ; 采用有 限元计算 出 1 O m 长 C R C P允许 端 部 钢 筋 位 移 条 件 下 的各 位 置 板 块 的板 内收 缩应力 分 布 , 可 为 C RC P的设 计 与 施 工 提供借鉴 。 1 C R C P收缩应 力有 限元数值解 路面模型利用 A B AQUS有 限元 数值模拟 , 建模过程 中需要输入 的几何 和材料性能参 数列 表 1 , 参 数 值 来 源 于 国 内外 典 型 参 数 值 。由 在于于 RoAD CoNS TRUCTI ON AND M ACHI NERY AB AQUS没有单 位 的概念 , 因此参 数
11、均使用 国际 单 位 。 表 1 国 内外典型参数值 裂缝 间距 1 5 m 混凝土热膨胀系数 1 1 0 5 纵 向钢筋 间距 0 1 2 m 钢筋弹性模量 2 1 0 1 1 混凝 土板厚 0 2 8 m 钢筋泊松 比 O 3 纵 向钢筋埋置深度 0 1 4 m 钢筋热膨胀系数 9 1 0 6 混凝土 弹性模量 3 1 0 I o P a 温差 3 0 钢筋与混凝 土 混凝 土泊松 比 0 1 5 1 0 MP amm- 1 粘结刚度 纵 向钢筋直径 0 O 1 4 m 板与基层摩阻刚度 5 0 k P ar ll lT l - 1 地基 回弹模量 9 X1 O P a 混凝土干缩系数 3
12、 1 0 4 2 两端钢筋位移 固定的板 内应 力分 布 本文建立单块板模型和五块板模 型。对采用两 种方法 求得 的两端 固定模 型 的计 算 结 果进 行 对 I: L E 。 , 以验证有限元计算法的准确性。由于此模型 属于对称结 构 , 取板长 的 1 z 进 行分析 即可 。混凝 土 应力、 位移、 钢筋应力、 位移沿板长分布情况见图 1 4 。 3 一解析度- - a - -数值解 图 1 混凝土应力 沿板长分 布 x m 图 2 混凝土位移沿板长分 布 图 3 钢筋应力沿板长分布 对比解析解 和有限元模 型数值解 , 各坐标点混 凝土及钢筋 的应 力和位移差别 不大。从 中可 以
13、看 O 1 2 +解析度 一数值解 图 4钢 筋位 移 糟板 长 分 布 出, 两种方法计算结果大同小异, 所反映出来的路面 内应力 变化 规律 基本 相 同 。 由 图 1 4可知 。混 凝土应 力 在裂缝 处 为零 , 随 着 z增加呈 凸曲线增大直至板 中达到最大值; 混凝 土位移在裂缝处最大, 随着 z增加呈线性减小直至 板 中减 小 为零 ; 钢 筋 应 力 在 裂缝 处 最 大 , 随 着 z增 加 呈 凹 曲线 减 小 , 至 约 0 4 5 I T I 位 置 减小 为 零 , 直 至 板 中减 小 到 负 值 ; 钢 筋 位 移 在 裂 缝 处 为 零 , 随 着 增加呈 凸
14、曲线增大到一极值 , 而后又迅速减小直至 板 中减小为零。降温会 同时作用于混凝土和钢筋 , 而干缩 只作 用 于混 凝 土 。在 板 中位 置 , 降 温 和 干缩 产 生 的拉应 力全 部 由混 凝 土 承 担 , 故 板 中混凝 土应 力最大 , 而由于混凝土的干缩作用 , 使得钢筋相对产 生了压应力 ; 在裂缝处 由于混凝土已经开裂, 因此降 温 和干 缩产 生拉 应 力全 部 由钢 筋 承 担 , 故 裂 缝 处钢 筋 应力 最 大 ; 裂缝 处 的混 凝 土 位移 为 裂 缝 宽 度 的一 半 , 明显可知混凝土的位移与其应力呈反 比; 钢筋的 位移值很小 , 几乎可以忽略不计 。
15、 由表 2可知 : 混凝土应力、 钢筋应力以及裂缝宽 度 随裂 缝 间距 的增大 而增 大 。设 计 规范要 求 的裂缝 间距是 在 1 2 5 iT I 之 间 , 裂 缝 宽 度 小 于 1 mm, 钢 筋应力 钢 筋屈 服强 度达 到标 准 ( HR B 3 3 5钢 筋 为 3 3 5 MP a ) , 满 足三 项 要 求 的裂 缝 间距 在 1 1 9 m 之 间 。 当然 , 这是 钢 筋 端 部 位移 为零 的理 想 状态 下 的值 , 实 际 C R C P路 面会 由于 存 在 面板 端 部 位 移使 得 在 裂 缝 间距 在 1 2 5 m范 围 内的 裂 缝 宽 度 和
16、 钢 表 2 不同裂缝间距时混凝土最大应 力和 钢筋最大应力以及 裂缝宽度 裂缝 混凝土最大 钢筋最大 裂缝宽度 间距 m 应力 MP a 应力 MP a 1 0 0 9 6 3 1 8 3 06 1 0 5 7 8 1 5 1 6 8 7 5 2 6 0 3 3 0 0 8 3 8 2 0 2 3 4 7 3 3 6 3 6 7 1 0 7 9 2 5 2 9 3 5 45 2 9 41 1 3 0 4 3 0 3 4 7 3 5 3 5 7 0 2 1 5 1 3 47 瑚瑚瑚 如。哥 B 皇 RoAD CONS TR UCTI ON AND M ACHI NE RY 筋应力都可能满足要求
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