连续配筋混凝土路面横向开裂机理分析与控制方法研究

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连续配筋混凝土路面(ContinuouslyReinforcedConcretePavement,简称CRCP)因施工时不设横向接缝,具有结构承载力强、无接缝、平整度好等特点,特别适应公路重载货物运输(车辆多轴化、大型化、重载化)。但是,CRCP路面在施工阶段由于干缩、温缩变形引起横向开裂,进而在运营阶段因车辆荷载重复作用导致冲断破坏。在我国,一些CRCP路面虽然按现行规范进行了仔细的设计施工,但超出规范规定的横向开裂(间距和裂缝宽度超过规定限值)依然存在,影响了CRCP路面的使用性能和寿命。有鉴于此,将CRCP路面整个寿命周期划分为施工硬化和运营两个阶段,分别建立力学模型,采用三维有限元方法进行系统的计算分析,总结各因素对CRCP路面开裂的影响规律,进而提出相应的开裂控制方法。所得主要结论如下:
  (1)施工硬化阶段,建立了Winkler地基双层梁模型,分析表明:裂缝间距、温缩系数、干缩系数、正温度梯度和干缩梯度的增加对路面横向开裂十分不利。对于配筋率、钢筋混凝土粘结滑移系数,应将其控制在合理范围之内。建议钢筋埋深为9~10cm。
  (2)总结了施工硬化阶段横向开裂位置的变化规律,正温度梯度和干缩梯度的共同作用下,混凝土最可能在梁中部发生自下而上的横向开裂;而在负温度梯度和干缩梯度的综合作用下,混凝土最有可能发生自上而下的开裂,并且开裂发生的位置较为分散。
  (3)运营阶段,建立了Winkler地基双层板模型,分析了开裂间距、配筋率、车辆荷载等对冲断的影响规律。结果表明较大的开裂间距可以降低CRCP路面发生冲断破坏的可能性。疲劳寿命(冲断)预估的结果显示,增大横向开裂间距可以显著提高路面的疲劳寿命,但横向开裂间距大于2m,对于疲劳寿命几乎没有影响;增加配筋率和严格限制超载可以提高疲劳寿命。
  (4)总结提出了CRCP路面开裂的控制方法和措施。设计方面,提出了开裂控制设计准则,并对路面各结构层的厚度和模量、地基、路肩和排水等方面做出了要求。施工阶段,从原材料、混凝土配合比、运输、摊铺与振捣、养生、锯缝、施工环境和季节等方面提出了开裂控制措施。运营阶段,应对车辆超载进行严格控制,并可以采取稀浆封层、微表处以及加铺沥青罩层等控制措施。
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