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配筋路面结构优化设计研究

日期: 2016-12-16
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     摘 要:以银英公路这一重载交通较大的省道为工程实例,对部分路基强度不足路段路面结构优化进行了设计,分析了路面设计方案,对其路面结构进行了讨论,得出配筋方案设计。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7427746.htm
  关键词:连续配筋混凝土路面;路面结构优化设计;配筋方案设计 
  1 工程概况 
  银英公路设计标准为省道主干线,为改扩建道路,是英德市主要干道之一,其建成后对于其经济发展非常重要。道路主要技术指标:(1)道路等级:四车道二级公路;(2)计算行车速度:40公里/小时;(3)路基、路面宽度:路基宽度17米,路面宽度14米;(4)路面等级:连续配筋混凝土高级路面;(5)设计荷载及参数;自然区划:Ⅳ7;设计标准轴载:BZZ-100;设计基准期:30年;标准轴载累计作用次数:5.0×107。 
  2 路面结构优化设计 
  2.1 路面设计方案 
  我国规范规定:连续配筋混凝土路面的纵向配筋设计要求符合下面三项设计标准: 
  (1)混凝土面层横向裂缝的平均间距为1.0~2.5m;(2)裂缝最大宽度为1mm;(3)钢筋的最大拉应力不超过钢筋的屈服强度。 
  拟建道路采用强夯法地基处理后采用连续配筋混凝土路面(简称CRCP)路面方案,路面结构组合:28cm连续配筋混凝土面层+0.05cm沥青下封层、基层采用20cm 6.0%水泥稳定砂砾基层+16cm 5.5%水泥稳定砂砾底基层+15cm级配碎石垫层+处理路基。配筋方案:布设单层钢筋网:纵、横钢筋均采用HPB335;纵向钢筋直径采用20mm,纵向配筋率采用0.7%;横向钢筋直径采用12mm,钢筋间距采用70cm;钢筋采用HPB335螺纹钢筋;端部采用地梁锚固结构形式。路面结构预留5m的横向切缝,切缝宽度达到3~5mm。 
  2.2 路面结构优化设计 
  2.2.1 路面结构优化设计 
  针对银英公路路面结构建立有限元模型分析路面结构组合的受力情况,依据设计资料路面结构分为四层,各结构层层间连续。ABAQUS建模参数:混凝土面板厚度h1=0.28cm,模量E1=30GPa、泊松比μ1=0.15、密度2400kg/m3、导热系数1.5W/(m・K)、比热容0.980KJ/Kg°C;基层厚度h2=20cm、模量E2=1800GPa、泊松比μ2=0.20;底基层厚度h3=16cm、模量E3=1600GPa、泊松比μ3=0.20;垫层厚度h4=15cm、E4=500GPa、泊松比μ4=0.25;土基模量E5=100MPa、泊松比μ5=0.28;纵向钢筋:配筋率0.7%、直径d1=20mm、间距a1=20.5cm模量E6=210GPa、泊松比μ6=0.10;横向钢筋:直径d2=12mm;间距a2=70cm、模量E7=210GPa、泊松比μ7=0.10;钢筋采用HPB335螺纹钢筋;荷载类型选用BZZ-100单轴双轮组标准荷载,调查资料计算累计轴载次数为5.4×107次,依据规范可知属于特重交通,荷载作用最不利荷位处,调查表明裂缝间距L=5m,裂缝宽度l=5mm;温度应力计算时最大温度梯度值取Tg=90(°C/m)。 
  由表1计算结果可知,依据公路水泥混凝土路面规范在行车荷载和温度梯度综合作用下,不产生疲劳断裂作为设计标准,在标准轴载作用下组合路面结构应力值临近路面疲劳破坏的临界值。在超载20%轴载作用下,路面结构结合应力值超过路面疲劳破坏的临界值,路面结构可能发生破坏。调查资料显示银英公路作用英德市主要干道之一,其交通量大且属于递增状态,超载情况也存在,路面在使用年限内,可能发生破坏,进行路面设计时路面结构应有一定的强度储备,主要从路面结构组合及配筋方面进行优化。 
  2.2.2 配筋方案设计 
  合理的配筋设计,能够有效的提高使路面结构形成整体,提高路面受力性能,同时能够抑制路面前期裂缝的扩展及运营中新裂缝的产生,使路面行车舒适。银英公路CRCP路面配筋设计依据公路水泥混凝土设计规范以裂缝间距及宽度为作为配筋设计指标,计算得到其配筋方案:纵向钢筋配筋率0.7%、直径d1=20mm,a1=20.5cm;横向钢筋直径d2=12mm、间距a2=70cm;钢筋采用HPB335螺纹钢筋;依据有限元计算结果,对银英公路CRCP路面配筋设计作如下讨论: 
  (1)依据标准轴载及超载20%轴载作用下CRCP路面结构疲劳应力计算结果可知,在路面使用年限内,路面结构可能发生破坏。除路面结构组合进行优化外,配筋设计优化也是重要方面之一。 
  (2)银英公路纵向钢筋直径采用20mm,且配筋率为0.7%,计算其钢筋间距为20.5cm,而横向钢筋直径采用12mm,钢筋间距为0.7cm;依据前述结论,纵、横向钢筋形成的钢筋网间距过大,减少了钢筋与混凝土之间的握裹面积,减弱了钢筋对混凝土的约束。不利于结构受力。研究表明横向钢筋除起支撑作用外,还参与结构受力,横向钢筋直径与纵向钢筋直径差距较大,在荷载反复作用下钢筋可能会受力不均匀,在纵、横钢筋搭接处会产生应力集中,易产生新裂缝及扩展。 
  (3)施工资料显示:CRCP路面施工时进行了预留切缝,裂缝宽度较大,预留切缝的处理尤为重要,钢筋施工时应进行防锈处理减少因钢筋及混凝土的腐蚀,而导致路面结构破坏。 
  3 结束语 
  水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好等特点。同时在交通量大、轴载加重及路基不稳定等外界不利因素的作用下,水泥混凝土路面板易发生脆性破坏;银英公路采用CRCP路段,经过五年多运营,路面状况良好。 
  参考文献 
  [1]白桃,黄晓明,李昶,等.连续配筋水泥混凝土路面温缩应力简化公式研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2011,38(6):1-5. 
  [2]左志武,张洪亮,王衍辉.连续配筋混凝土路面早期力学响应现场测试与分析[J].中国公路学报,2010,23(3). 
  [3]江见鲸,陆新征,叶乐平.混凝土结构有限元分析[M].北京:清华大学出版社,2005. 
  作者简介:刘静爽(1982,4-),女,广东普宁人,工程师,研究方向为公路线形设计。

       原文地址:http://www.xzbu.com/1/view-7427746.htm

 

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发布时间: 2018 - 09 - 27
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发布时间: 2017 - 04 - 27
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发布时间: 2017 - 04 - 27
摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
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