连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷作用的数值模拟和敏感性分析

国内现行的水泥混凝土路面规范在对连续配筋混凝土路面(CRCP)进行配筋设计时,忽略了横向裂缝的传荷作用,现有研究对传荷作用影响因素的敏感性分析也不够全面具体。针对这些不足,分析了横向裂缝的传荷机理;运用ABAQUS有限元软件建立了CRCP的带裂缝数值模型;运用等效面积原理,将单轮接触面积简化为矩形,在横向裂缝边缘施加等效荷载,对某实体工程进行了力学响应计算;利用Grovetti和Zollinger的经验公式对裂缝传荷效率(LTE)的有限元解进行了验证;通过敏感性分析,确定了筋材种类、基层刚度、纵向配筋率、地基反应模量和横向裂缝宽度等因素对CRC板层底拉应力分布和LTE的影响。计算结果表明:在横向裂缝两侧设置剪切刚度弹簧单元可以较好地模拟传荷作用;绘制了CRC板在车辆荷载作用下的应力和应变云图;得出了该实体工程的LTE为89.73%、传荷性能评级为优的结论;钢筋、BFRP筋和GFRP筋对应的LTE分别为89.73%,88.11%和87.73%;大刚度基层、半刚性基层和柔性基层对应的LTE分别为92.32%,89.73%和89.47%;直径8,16 mm和24 mm对应的LTE分别为87.77%,89.73%和92.55%;地基模量50,100 MPa和150 MPa对应的LTE分别为89.73%,91.82%和99.04%;裂缝宽度0.2,0.5 mm和0.8 mm对应的LTE分别为94.40%,89.73%和86.49%。     

连续配筋混凝土路面的冲断破坏及其影响因素

连续配筋混凝土路面（CRCP）是一种高性能的水泥混凝土路面结构,冲断是CRC板的主要破坏形式,对影响冲断发生的因素进行了研究。横向裂缝的宽度过大会导致裂缝传荷能力的丧失,间距过小使车轮荷载在横向的分配占优势,混凝土板的横向应力大于纵向应力。充分的板厚可以提供足够的抗拉强度,适当的纵向钢筋配筋率可以产生较好的开裂模式,良好的板底支撑可以防止冲断的出现。     

连续配筋混凝土路面试验路研究

为了推广连续配筋混凝土路面（CRCP）的使用，在107国道许昌境内和210国道铜川境内修筑了不同结构的CRCP试验路，实地考察了CRCP的路用性能，使用标准轴载车进行了弯沉与应力测试,结果表明CRCP传荷能力强，整体强度高，承载能力大。通过对CRCP试验路裂缝的跟踪观测，调查分析了横向裂缝宽度，间距和发展情况，并对横向裂缝间距的概率分布模型进行了检验，初步验证裂缝间距符合对数正态分布。试验路研究表明CRCP的使用和结构性能都优于普通混凝土路面，适用于重交通高等级道路，在水文地质不良等特殊路段更有显著优势。     

连续配筋混凝土路面早期横向开裂分析

结合耒宜高速公路连续配筋混凝土路面(CRCP路面)试验路的调查结果，分析了CRCP路面早期横向开裂的影响因素。结果表明，混凝土的温缩和于缩作用受到钢筋和地基的约束是造成开裂的主要原因。从而为了解CRCP路面的裂缝成因及合理控制裂缝间距、裂缝宽度和钢筋应力提供了参考依据。     

局部脱空条件下CRCP荷载应力分析

采用三维有限元法对地基局部脱空条件下的CRCP进行荷载应力分析。分析中为考虑裂缝传递横向力的特性,提出位移边界一维搜索法。用编制的有限元程序对多种情况下CRCP内的混凝土、钢筋应力进行了计算,对路面的维护提出了建议,并讨论了CRCP应用于地基支承不良路段的可行性。     

考虑裂缝传荷能力损失的连续配筋混凝土路面设计

目前连续配筋混凝土路面(CRCP)的设计基于两种方法,一种是根据CRCP板厚与普通接缝式混凝土路面板厚的一定比值关系,另一种是直接与某些相关参数如裂缝宽度、裂缝间距和钢筋应力的设计限制标准等建立关系.在均匀支承条件下,CRCP路面的厚度设计应考虑两点,一是使路面裂缝处保持较高的传荷效率,二是控制板的疲劳开裂,大致发生早期折断破坏.在非均匀支承条件下,荷载会加速集料的损耗和由于挠曲应力作用造成的累积疲劳损坏.     

连续配筋混凝土路面收缩应力及参数敏感性分析

连续配筋混凝土路面(简称CRCP)受到钢筋和基层的约束,在温降和混凝土干缩作用下产生收缩应力,当收缩应力超过连续配筋混凝土(简称CRC)强度时便会开裂。该文建立了CRCP在温降和干缩作用下的应力分析模型,得到收缩应力表达式及应力沿公路纵向分布,分析混凝土强度、干缩、热膨胀系数、基层摩阻、钢筋与混凝土之间的粘结刚度等参数对CRCP收缩应力影响的敏感性。结果表明:收缩应力在板中最大,裂缝处为0;混凝土强度、干缩、热膨胀系数、基层摩阻、钢筋与混凝土之间的粘结刚度是影响CRCP开裂的关键参数。     

连续配筋混凝土路面温度应力分析

根据钢筋混凝土间粘结滑移的线性本构关系，建立了连续配筋混凝土路面（CRCP）温度应力分析的计算模型及微分平衡方程，求出了微分方程的解答，并分析了降温荷载作用下路面内应，位移的分布规律及裂缝间距，配筋率与配筋方式等计算参数的影响，给出了不利位置处钢筋和混凝土应力，位移的解析表达式，结果表明，本文方法可以方便有效地分析CRCP的温度应力。     

连续配筋混凝土路面配筋设计及敏感性分析

国内关于连续配筋混凝土路面(CRCP)的结构计算是基于半经验半理论方法,适用性差,配筋指标取值不恰当。文章利用带筋板条的应力场和位移方程,建立了配筋指标的解析计算公式;用有限元方法验证了解析解的合理性;区分了设计参数对配筋指标的敏感性水平,并进行了敏感性排序。文章对最重要的配筋参数进行了具体分析:当温降幅值ΔT由15℃增大到60℃时,横向裂缝宽度bj、钢筋最大应力σs,max和混凝土最大应力σc,max增加了近1倍;混凝土线膨胀系数αc与σc,max、bj密切相关;剪切刚度系数ks增大,bj减小,且ks每增加5 MPa/mm,σs,max和σc,max增大10%。最后,用有效模量Eca考虑了混凝土徐变对CRCP结构计算的影响。上述研究成果可用于道路工程的结构设计和计算。     

玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面冲断破坏力学分析

板底出现脱空、横向裂缝间距过窄及横向裂缝传荷能力下降会导致连续配筋混凝土路面产生冲断破坏。该文考虑冲断破坏影响因素,建立玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面三维脱空有限元模型,分析板底脱空、横向裂缝间距和裂缝传荷能力对冲断破坏的力学性能影响。研究结果表明:随着板底脱空区域宽度的增加,受荷板的板顶最大横向拉应力及其竖向位移显著增大,横向裂缝传荷能力显著降低,板底脱空极易导致混凝土板的断裂和破碎,良好的板底支撑可以减少冲断破坏。板底脱空条件下,横向裂缝间距越窄,受荷板的板顶最大横向拉应力及其竖向变形愈大,裂缝传荷能力愈差,愈易产生冲断破坏。板底脱空时,增大横向裂缝剪切刚度改善混凝土板的力学性能效果比板底未脱空时的改善效果更为显著,工程上应提高玄武岩纤维筋与水泥混凝土的黏结强度,使横向裂缝剪切刚度增大,集料嵌挤强度高,裂缝传荷能力增强,可以极大地改善混凝土板的力学状态。     

连续配筋混凝土路面早期力学响应现场测试与分析

为了确定环境荷载作用下连续配筋混凝土路面(CRCP)力学分析模型中的边界条件,对环境荷载作用下CRCP的早期应力、应变进行测试。将应变计植入无应力瓦中测试混凝土与应力无关的应变,将应变计纵向埋入CRCP不同深度处测试混凝土的总应变、钢筋的应变、混凝土的膨胀系数以及凝结时的温度和应变,并计算出混凝土的应力。结果表明:在进行环境荷载作用下CRCP应力、应变分析时,混凝土与钢筋不是完全粘结的,裂缝处不能采用固定或自由边界条件,测试出的裂缝处钢筋的应力可以直接体现在裂缝处边界条件中;路面开裂时混凝土的应力与直接拉伸强度比较接近。     

连续配筋混凝土路面温度应力分析

基于钢筋混凝土间粘结滑移的线性和非线性本构关系,建立了连续配筋混凝土路面(CRCP)在温度荷载作用下的力学模型以及按接触理论推导的有限元刚度矩阵。得出了考虑粘结滑移线性和非线性本构关系的有限单元数值解,据此分析了降温荷载作用下路面应力、位移的分布规律。同时讨论了裂缝间距和配筋率、配筋方式对裂缝宽度的影响。结果表明,在相同的降温荷载作用下,随着裂缝间距的增大,钢筋和混凝土的应力呈现非线性增加;采用不同配筋方式对裂缝宽度的影响较大,建议设计时尽量采用小直径多根数的配筋方式。按接触有限元法进行温度应力的非线性分析,为今后的科研和设计提供了很好的理论依据。     

美国连续配筋水泥混凝土路面开裂行为控制指标与措施研究综述

美国AASHTO 2002力学经验设计指南和中国JTG D40-2011《公路水泥混凝土路面设计规范》都将连续配筋水泥混凝土路面(简称为CRCP)横向裂缝的开裂间距和横向裂缝处钢筋位置的裂缝宽度同时作为控制指标。然而,国际上对CRCP开裂行为的合理控制指标尚存在争议。该文回顾了20世纪60年代至今美国在CRCP开裂行为控制指标与水泥混凝土材料组成、纵向和横向钢筋的布设和施工条件等对开裂间距及裂缝宽度影响的关键因素方面的研究成果。     

AASHTO-1993连续配筋混凝土路面配筋设计验证研究

连续配筋混凝土路面(CRCP)裂缝形态和分布模式是影响其长期结构整体性、路面使用性能和寿命周期的重要因素,配筋设计直接影响CRCP裂缝的间距与宽度。该文回顾了AASHTO-1993CRCP配筋设计原理及方法,并进行了参数敏感性分析。利用山西省榆平高速公路CRCP路面的裂缝分布模式观察结果验证了AASHTO-1993CRCP配筋设计方法,研究结果表明:其配筋率计算方法偏于保守,提出的3项控制指标中的裂缝间距范围起主要控制作用,裂缝宽度和钢筋屈服强度指标一般容易满足。     

旧水泥砼路面加铺沥青层的三维有限元分析

应用Abaqus三维有限元分析软件,针对旧水泥砼路面进行直接加铺和增设应力吸收层后加铺沥青层两种处理方案,通过与原未改造路面对比,结合温度场,进行不同荷载作用下路面结构接缝弯沉和传荷能力分析,研究沥青加铺层结构强度和反射裂缝。结果表明,加铺沥青层后弯沉与传荷能力均有明显改善;温度场对旧砼路面弯沉和传荷能力的影响远大于荷载作用,加铺沥青层后弱化;结构强度指数能评价传荷能力,但对温度耦合下的超载有局限性;增设应力吸收层能有效阻止反射裂缝。     

玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力分析

运用 ABAQUS 有限元软件,建立了基于弹性地基双层板模型和裂缝模式下的玄武岩纤维筋连续配筋复合式路面荷载应力有限元模型,提出用粘结单元定义裂缝接触面的法向和切向接触本构行为,即用裂缝剪切刚度来模拟裂缝间的嵌锁作用。通过分析确定了不同裂缝间距下复合式路面的临界荷位---纵向自由边中部,并比较了 BFRP筋和钢筋两种配筋条件下混凝土板应力随 AC 层厚度、CRC 层厚度、筋位置、配筋率及裂缝剪切刚度的变化规律。计算结果表明,2种配筋条件下混凝土板应力值随参数变化规律相似,应力值基本相等,这为 BFRP筋应用于 CRC ＋AC 复合式路面提供了理论依据。     

连续配筋水泥混凝土路面开裂过程及影响因素分析

为了解CRCP路面的开裂过程及影响因素,借助有限元软件ANSYS,对CRCP路面早期及后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CRCP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40 m时稳定;当水泥混凝土板长小于15 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,水泥混凝土路面的开裂速度越快,最终的裂缝间距也越小。     

连续配筋混凝土路面温度应力的有限元分析

为了准确计算连续配筋混凝土路面在温度作用下整个路段任意点的位移和应力,基于钢筋混凝土间粘结滑移效应,考虑地基摩阻力的影响,采用接触有限元理论建立了连续配筋混凝土路面的刚度方程,得出了考虑各个裂缝间隔段和锚固地梁之间联合作用的整个路段各部分应力和位移的有限元解.通过具体算例,研究了连续配筋混凝土路面在温度应力作用下的钢筋...     

连续配筋混凝土路面表面裂缝影响因素的分析

为了研究带有横向裂缝的连续配筋混凝土路面在外荷载作用下,水平荷载、钢筋位置以及配筋率对路面裂缝开展的影响规律,该文运用有限元软件ANSYS建立连续配筋混凝土路面的三维模型,并应用断裂力学理论及奇异等参元法,对其路面的横向裂缝进行了数值分析,研究了裂缝尖端到钢筋层的距离、配筋位置、路面的水平荷载以及配筋率等参数对连续配筋混凝土路面面层裂缝尖端的应力强度因子影响规律,从理论上探讨了连续配筋水泥混凝土路面的工作机理。结果表明:水平荷载对连续配筋混凝土路面面层裂缝扩展有很大的影响,钢筋对不同位置的裂缝的抑制效果不同,适当增加配筋率能抑制连续配筋混凝土路面面层裂缝的开展。     

水泥混凝土路面传力杆设置间距分析

综合考虑横向接缝传荷、传力杆剪切、传力杆弯曲、水泥混凝土承受的传力杆压力,以及对路面板底拉应力的影响,采用布拉德伯利(R.D.Bradbury)传力杆实用设计验算公式和水泥混凝土路面三维有限元分析程序EverFE,对传力杆设置间距进行探讨。结合试验观测,认为当路面板厚度大于24 cm时,传力杆间距可以适当增大。这对节省传力杆钢筋用量、合理控制公路建设成本具有现实意义。