连续配筋水泥混凝土路面开裂过程及影响因素分析.pdf
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1、2 0 1 6年0 1 月第 0 1期 城 市道桥 与防洪 道路交通1 5 D O I : 1 0 1 6 7 9 9 e n k i e s d q y fl a 2 0 1 6 O 1 0 0 5 连续配筋水泥混凝土路 面开裂过程及影响因素分析 屠 建 波 , 王诚 ( 1 浙江 省交 通规 划设 计研 究 院 , 浙 江 杭 州 3 1 0 0 0 6; 2 后 勤工程 学 院军事 土木 工程 系 , 重庆 市 4 0 1 3 1 1 ) 摘要 : 为 了解 C R C P路面 的开裂 过程 及影 响因素 , 借 助有 限元软 件 A NS Y S , 对 C R C P路面早 期及 后
2、期 的开裂过 程进行 了分 析 , 并讨论 了地基 阻力 、 筋 材模量 、 温差 及黏结 刚度对 C RC P路 面开裂行 为 的影 响 。 结 果表 明 : 在水 泥混凝 土面层铺设 初期 , 裂 缝大 约在其 间距 为 4 0 m时稳定 ;当水 泥混凝 土板长小 于 1 5 m 时 ,地基摩 阻力对 板 中混凝 土 的应 力影 响很 小 ;筋 材模量越 大, 筋材约束混凝土变形的能力就越强, 最终水泥混凝土的开裂间距越小; 温差越大, 水泥混凝土路面的开裂速度也越快, 但 最终 水泥混 凝土 的裂缝 间距 是趋 于一致 的 ; 筋材与 混凝 土间 的黏结 刚度 越大 , 水泥 混凝土 路
3、面 的开裂速 度越快 , 最 终的裂 缝 间距 也越小 。 关 键词 : 连续配 筋水泥混 凝土路 面 ; 有 限元分 析 ; 开 裂过程 ; 影响 因素 中图分类 号 : U 4 1 6 2 1 6 文献标 志码 : : B 文章编 号 : 1 o 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 6) O 1 0 0 1 5 0 3 O 引言 连续配筋水泥混凝土路 面( C RC P ) 是指在水 泥 混凝土面层配置一定数量的纵向连续钢筋和横向 钢筋 , 横 向不设接缝 的路面。 C RC P路面I 1 1是道路工 程师 为了克服普通水泥混凝土路 面的各种病害及 改善路用性 能而采用 的一种路面结
4、构形式 ,具有 完整而平坦的行车表面 ,增强了路面板的整体刚 度 , 改善了汽车行驶 的舒适性 。 由于钢筋混凝土本身的特性, C R C P路面不可 避免地会 因湿气变化 、 温度变化 、 地基摩 阻力及筋 材约束等因素作用而产生收缩裂缝。裂缝会影响 路面的整体性 ,是 C R C P路面设计的重要控制指 标 。因此 , 本 文综合连续配筋水泥混凝土路面在施 工 和使用过程 中的实 际情况 ,在 不考虑荷 载作 用 的前 提下 ,对水泥混凝 土强度形 成期 间和强度形 成后 的 C R C P路面进行分析 , 了解 了干缩 、 温缩 、 筋 材约束及地基约束作用过程及效果 , 从而对 C R
5、 C P 的开裂过程进行探讨 , 为优化 C R C P路面设计方案 提供理论依据。 1 C R C P开裂过程及计算模型建立 1 1 开裂过程 C R C P路 面 2 出现裂缝通常是 由干缩 、 温缩 、 地 基 约束力 及钢筋约束力共 同作用 引起 的。由于在 水泥混凝 土强度形成期 间 ,钢筋 对混凝土 的约束 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 8 1 8 作者简介 : 屠 建波 ( 1 9 7 5 一 ) , 男 , 浙江余 姚人 , 工程硕 士 , 高级工 程师 , 主要从 事城市 道路 及路 面结构研究 。 力很小 , 因此 , 本文把水泥混凝土强度形成期间的 路 面开裂称 为
6、早期 开裂 ,强度形 成后 的路面开裂 称为后期开裂 。 路 面的早 期裂缝 主要是 由干缩 、温缩 以及地 基约束力引起 。面层刚铺筑完成时 , 是没有裂缝 的 板体 , 失水 、 降温使面层板体 向中轴收缩 。由于地 基 阻力 的作用 , 板体收缩受 到约束 , 板体产生收缩 应力。当收缩应力大于材料的抗拉强度时, 在最大 应力处或基层薄弱处产生收缩裂缝 。 路面的后期裂缝主要 由温缩、地基约束力及 钢筋约束力引起 。随着时间的推移 , 路面干缩失水 基本完成 , 此时路面的收缩主要为温缩 , 温缩受到 地基 阻力和钢筋约束 力的作用 , 导致 裂缝 的产生 。 特别是经过一个冬天的降温影
7、响,路面内部收缩 裂缝进一步发展 , 最终形成稳定 的规则裂缝 。 1 2 计算模型 对于温度均匀下降的 C RC P板 , 计算模型选取 的是带单根纵向钢筋的板条作为研究对象 , 如图 1 所示 。 图 1有 限元计算 模型 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 1 6 年 0 1 月第 0 1 期 2 CR CP早期 开裂分 析 由于在水泥混凝土强度形成期 间 ,筋 材对 混 凝土的约束力很小 , 因此不考虑筋材约束 。对板长 为 1 0 0 m 的连续配筋路面进行有 限元分 析 ,以期 得到路 面建成初期在 干缩应力
8、与地基 阻力 作用下 裂缝发展 的规律 以及稳定 以后的裂缝 间距 。 由于路 面建成初期 , 温差变 化不 大 , 因此 , 为 方便计算,在混凝土强度形成之前仅考虑干缩应 力和地基 阻力 。计算模 型中面板厚度为 2 6 c m, 地 基摩擦系数取 1 5 ,水泥单位重 y = 2 4 0 0 0 N m , 混凝土初期抗拉 强度 取 2 5 MP a , 干缩应变 s 取 0 0 0 0 2 。 为了方便计算, 干缩应变的产生通过降低 温度来模拟 , 见下式 : 0 s h T AT 式 中: 8 为干缩应变 ; 为温缩 系数 , 1 0 6 C; T 为降温 幅度 , 。 通 过 计
9、算 得 到 0 0 0 0 2的干 缩 应 变 折 合 成 2 O c I = 的温差 。试验结果如表 1 和 图 2所示 。 表 1 不 同混凝土板长 的板 中应 力 板 长 , m 混凝土板 中应力 MP a 混 凝土初期抗 拉强度 MP a 备注 7 0 9O 1 1 0 板长 m 图 2 不 同板长 时混凝土板 中应力 由表 1知 , 在水泥 混凝 土面层铺设初期 , 由于 混凝土的干缩作用及地 基阻力的作用 ,面层产 生 裂缝 , 大约在裂缝间距为 4 0 m时稳定。因此 , 在后 面的分析中, 以 4 0 m作为起始路面长度。 3 CR CP后期 开裂分析 在对连续 配筋混凝 土路
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