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。     

典型气候与施工条件下连续配筋水泥混凝土路面配筋率指标研究

配筋率是连续配筋水泥混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement,简称CRCP)重要指标之一。钢筋主要用于约束混凝土收缩变形,保证在自然开裂条件下横向开裂的宽度在允许范围内。针对中国幅员辽阔、气候条件差异大的情况,该文使用自行开发的RP_TMP程序,根据美国AASHTO 2002路面力学-经验设计方法,分别计算了西安、漠河、沈阳、南京、拉萨、乌鲁木齐、昆明等7个代表性地区在高温和低温施工季节时,CRCP的平均开裂间距和裂缝宽度。参考欧美等国家CRCP的开裂控制指标,确定了保证裂缝宽度在最不利季节时小于0.5mm的所需配筋率,可供工程技术设计与研究人员参考。     

美国得克萨斯州连续式配筋水泥混凝土路面的应用与经验

美国得克萨斯州从1951年开始修筑连续配筋式水泥混凝土路面(简称CRCP),经过60多年的发展该州成为了全美连续配筋式水泥混凝土路面使用最多的州,特别是在得克萨斯交通厅的大力推动下,目前该州80%以上的在建路面工程项目为CRCP,得克萨斯州在长达60年的CRCP建设、使用、养护、设计过程中也积累了丰富的经验,对于中国未来CRCP的建设和发展都有很好的借鉴价值。该文结合笔者在得州农机大学学习期间对CRCP的设计与施工技术的研究,深入了解并总结了得州在CRCP实践上的成功经验。     

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。     

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。     

CRCP路面早期横向开裂的机理分析

分析了连续配筋砼路面(CRCP)裂缝的出现与分布规律,对路面早期横向开裂的影响因素进行了探讨。     

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。     

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.     

美国长期路面性能研究中的连续配筋混凝土路面

20世纪60年代以来,美国修筑了数千公里的连续配筋混凝土路面(CRCP)。过去的10年中,作为路面长期性能(LTPP)研究中一般路面研究(GPS-5)试验的一部分,对美国85%的CRCP路面性能进行了监控。该文提供了评价这些路面性能的研究结果,对这些路面的主要特点和性能进行了详述和讨论,给出了性能优良的CRCP路段分析结果。     

基于FWD的连续配筋复合式沥青路面结构性能分析

为研究连续配筋复合式沥青路面(CRCP)的结构性能,对CRCP、半刚性基层沥青路面(SMAC)及两者过渡路段做动态弯沉测试。分析发现,CRCP的整体结构强度、面层强度和基层强度均较高,且路段内各测点结构强度较为一致;SMAC及CRCP与SMAC的过渡区路段的整体结构强度、面层强度和基层强度偏低,且路段内各测点处结构强度差异较大。经过9个月余的运营,CRCP结构性能仍较为稳定,而SMAC结构整体强度相对降低较快。     

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。     

CRCP施工技术研究

连续配筋混凝土路面(CRCP)具有优良的路用性能，但目前我国还未推广使用，本文介绍了107国道许昌境内和210国道铜川境内修筑不同结构的CRCP试验路实体工程情况，研究了CRCP的修筑技术，包括施工工艺流程，质量控制标准，钢筋的固定与安装，混凝土施工要点与温度控制措施、端部处理等，解决了CRCP施工中的关键技术问题。     

连续配筋砼路面结构设计综述

介绍了CRCP(连续配筋砼路面 )的基本概念、力学性能与损坏形式 ,说明了国内外CRCP的结构设计理论与设计方法 ,包括板厚设计、配筋设计及端部结构设计。     

AC+CRCP复合式路面温度场分析

该文结合山东省某高速公路试验段的实施,实测AC+CRCP复合路面的温度场及气象站数据进行回归统计分析,考察了AC+CRCP复合式路面温度场影响因素的滞后性和累积性,分析了温度场的日分布规律、季节规律及温度梯度变化,并将其与普通CRCP进行了对比。结果表明:AC+CRCP路面温度场与前5h平均气温、前5h太阳辐射平方均值密切相关;日最高温度较普通CRCP滞后出现1~2h,路面温度在深度方向呈非线性分布;加铺层有效降低了CRCP层的温度翘曲应力。     

真实条件下CRCP温度应力通用解析解

针对现有CRCP温度应力分析方法不能充分反映CRCP真实受力条件的弊端,提出了考虑CRCP各板段实际受力情况的全路段整体迭代思路。通过对CRCP微分单元的分析,推导了考虑钢筋与混凝土间及混凝土与地基间非线性粘结-滑移关系的温度应力通用解析解。利用该解析解,在全路段范围内进行迭代求解,可以计算CRCP内任一点由温度变化所引起的应力、位移。     

连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷力及其影响因子研究

现有设计规范对连续配筋混凝土路面(CRCP)进行结构计算时,较少关注横向裂缝的传荷力作用,关于其传递机理和影响因子的研究也不充分。文章在某路面结构的基础上,建立了CRCP的带缝有限元模型,并在横向裂缝位置嵌入了系列剪切刚度弹簧,模拟了传荷力作用;绘制了单侧偏荷载作用下,CRCP横向裂缝两侧的应力和应变云图;用Grovetti解和Zollinger解验证了模型的可靠性;分析了钢筋类型、基层刚度、钢筋配筋率、地基模量和裂缝宽度等因子对CRC板米塞斯应力分布的影响。文章成果可以指导刚性路面的设计和计算,也利于推广CRCP在道路工程实践中的应用。     

硬路肩不配筋条件下连续配筋砼路面端部位移分析

为使连续配筋砼路面(CRCP)在温度作用下的端部位移计算更为准确,在分析计算CRCP端部位移时,将CRCP假定为一种复合材料,同时考虑拉杆约束作用,进而推导验证了考虑拉杆约束影响因素的CRCP端部位移数学计算公式,并分析比较了考虑拉杆影响因素与传统不考虑拉杆影响因素所得的两种端部位移计算结果。计算结果表明增大地基摩阻力将减小CRCP的端部位移,考虑拉杆约束后的端部位移小于传统不考虑拉杆约束的端部位移。     

连续配筋混凝土路面裂缝的发展规律分析

连续配筋混凝土路面(CRCP)作为一种特殊混凝土路面,主要为了提高路用性能和防治各种病害。其薄弱面为裂缝位置,而对裂缝评价的直观指标为裂缝间距和宽度。以不同配筋率的两段CRCP为依托进行长期观测,分析归纳了CRCP路面的裂缝形态、宽度以及间距的发展规律,并对裂缝间距以及宽度的优劣进行了评定。此外还提出了裂缝间距与宽度与配筋率及龄期的关系。     

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。