连续配筋水泥混凝土路面面板位移研究

摘要：结合理论和实测资料研究了连续配筋水泥混凝土路面(CRCP)面板位移情况，结论显示：CRCP面板位移情况主要受混凝土材料、温差及接触顶面性质有关，靠近端部的面板位移比较明显，而面板中段几乎无位移产生。

关键词：连续配筋；混凝土；温度；位移

Abstract：The slab movement of CRCP was studied by theoretical calculation and survey, the conclusion as follow: the slab movement is only depend on the concrete characteristics, temperature and the friction factor between the slab and the base layer. There is almost no movement on the mid-segment of CRCP and the movement only detected near terminals.

Key words: CRCP; concrete;temperature; displacement

中图分类号：TU377 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

一、引言

连续配筋混凝土路面(CRCP)是指在路面连续配置足够数量的钢筋以控制混凝土板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量，从而提高路面整体性、平整度和耐久性[1]。CRCP路面现已广泛应用于高速公路和其他重要交通道路的新建和补强工程中。

由于CRCP面板能够随温度变化产生自由变形，会产生较大的位移[2]，会对与之相接的其他路面产生较大影响，因此，工程上采用不同形式的锚固措施[3]。作者以平顶山S242庙洪线的CRCP试验路段为基础，从理论和实测两方面分析了其位移情况。

二、理论分析

研究端部无锚固，只有板底摩擦情况下板移，可采用图1所示的模型[4]：一段长为L的面板，端部无锚固约束。记其位移为δ，内部应力为σ。这个模型需采用以下三个假定：

(1)路面板均质、等厚、线弹性；

(2)面板体积变化均匀；

(3)板底摩擦力分布均匀，由基层类别确定。

根据路面板的边界条件，将长度为L的路面板分为滑动段AB、CD以及固定段BC。由于滑动会产生不同程度的位移，所以存在滑动摩擦力，而固定段无位移，因此底板无摩擦阻力。

在距离端部x的位置，其摩擦阻力为：

（式1）

式中：γc是混凝土的容重，N/m3；f为基层顶面摩擦系数，一般取1.5；A为路面板横断面面积，m2。在B、C点，板底摩擦力达到峰值，其值为，

（式2）

其中：L1为滑动段长度。

图1端部无锚固面板受力及位移模型

在固定段BC范围内，由于面板无位移发生，可看作完全锚固，板内应力σ等于温度应力，即

（式3）

在滑动段AB、CD范围内，根据静力平衡可求得板内任意点处应力为：

（式4）

滑动段内的应力峰值出现在B、C两点，其应力边界条件为，这与固定段内的应力是相等，代入（式4），可以求得滑动段的长度L1：

（式5）

将各点应变沿板长积分可得到AB、CD段内任意点的位移为：

（式6）

端部A、D点的最大位移为：

（式7）

由（式5）和（式7）可以看出，滑动段的长度L1及端部位移δ与路面长度无关，它们主要由混凝土的容重、弹性模量、线膨胀系数、基层顶面摩擦系数及温差。所以，理论上采用摩擦力较大的基层并在适当的季节施工能够限制端部位移的大小。另外，（式5）和（式7）中不包含板厚的参数，事实上，板厚能够间接的影响端部位移[5]，这也是该模型产生误差的原因之一。

S242庙洪线设置了500m的CRCP试验路段，它的两端分别于钢纤维混凝土路面以及素混凝土路面相连，采用工字梁锚固。其基本计算参数为：f取1.5，混凝土弹性模量Ec=30GPa，线膨胀系数，容重N/m3，平顶山地区日平均最高气温与最低气温之差ΔT=40℃，理论计算得到滑动段长度L1=333.3m，端部最大位移6.67cm。

三、实际监测

对试验路段进行了跟踪监测，和本文相关的主要包括端部位移情况、面板滑动段的长度等几个方面。监测记录显示，面板中间几乎无位移产生，工字梁锚固端位移较大，约为3.4cm，小于理论计算值6.67cm，滑动段长度约310m。在试验路段施工中，工字梁处设置了4cm的伸缩缝，当面板发生膨胀时，工字梁承担了CRCP的部分约束力，并且把位移限制到4cm以内。这也是检测结果小于理论计算值得原因之一[6]。

工字梁处的位移随路面板温度变化情况如图2所示，位移和温度变化大致呈线性关系。而在理论计算中，，位移和温度变量呈二次关系。由于变化较大时，工字梁端部会受到工字梁的约束[7]，实际监测结果和理论计算产生了偏差。

图2工字梁处位移随路面板温度变化情况

四、结论

(1) 对CRCP面板位移的理论分析表明，面板位移量以及滑动段长度与路面板长度无关，仅与混凝土物理力学参数有关。

(2) 锚固端的位移量与温度变化成正比。

(3) 实测滑动段的长度和端部位移量与端部无锚固的滑移模型在理论计算结果相一致，而且理论计算结果偏大，偏安全。

参考文献

[1] 邓学均，黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京：人民交通出版社，2001

[2] 方福森，邓学均等.刚性路面设计[M].北京：人民交通出版社，1996

[3] JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[4] VAN BREEMAN，WILLIAN. Report on Experiment with Continuous Reinforcement in Concrete Pavement [R].New Jersey ：Procedings HRB，1950:1-4

[5] 倪富健，董侨等.连续配筋混凝土路面位移研究[J].公路交通科技，2007,24(5)：35-39

[6] 曹东伟.连续配筋混凝土路面结构研究[D].西安：长安大学，2001

[7] 黄晓明，唐益民等.连续配筋混凝土路面端部锚固原理研究[J].长沙交通学院学报，2000,16(3)：1-3