连续配筋混凝土CRCP沥青混凝土HMA复合路面断裂力学分析.pdf

都市区及区域交通现代化 连续配筋混凝土(CRCP) +沥青混凝土 (HMA)复合路面断裂力学分析 李小重1，范要武1’2。黄晓明2 (1．河南高速公路发展有限责任公司，河南郑州450003；2．东南大学交通学院，江苏南京210096) 摘要：连续配筋混凝土路面与沥青混凝土面层路面结构具有良好的整体性、耐久性和 行车舒适性。是进行路面拓宽、改建的合适的路面铺装形式。利用断裂力学理论，用有限 元方法计算分析了各种路面参数对连续配筋混凝土路面横向裂缝反射到沥青混凝土加铺层 的反射裂缝和连续配筋混凝土路面面层裂缝开展情况的影响。 关键词：连续配筋混凝土路面；沥青加铺层；断裂力学 1 CRCP的应用 国外经过近70年的工程实践，认为CRCP具有 耐久性好、行车舒适平顺、施工进度快、极少养护的 优点。从长期使用性能来看，CRCP的经济性也很 好，现已广泛地应用于高等级公路、机场道面及现有 道路的加固。同时随着工程实践经验的丰富，有关 CRCP各方面的研究也取得了许多成果和经验。 由于CRCP良好的使用性能，许多发达国家，如 美国、日本、法国、比利时、英国等都相继采用这种 结构形式的路面，其中以美国和比利时对CRCP路面 的应用最有代表性。 美国于1921年最先使用CRCP。二战后，在伊 利诺斯、得克萨斯、加利福尼亚、马里兰、新泽西等 州修筑了CRCP路面。经多年使用，性能良好。在美 国全国修建高速公路时(州际与国防公路系统)大 量采用了CRCP路面。按折合成双车道计，到1980 年美国已建成的CRCP路面达22 600 km。 比利时最早的CRCP路面是50年代修建的，大 量修筑CRCP是在70年代以后。在1970年～1990年 期间，比利时大约修建了1 800万m2的CRCP，其中 包括旧混凝土路面、沥青路面上的加铺层350万一。 我国关于CRCP的研究开展较晚．1989年9月 在江苏省盐城市东郊一级公路上修筑了我国第一条 C／(CP试验路，长500m。宽7m，厚20 el,／1的CRCP 试验路，用以长期观测，具体研究其各方面的性能。 试验路铺筑在厚34 cm的二灰土基层上；同路段的接 缝水泥混凝土路面厚24 cm，二灰土基层厚度30 cm。 在3．5 m宽的路面中，采用22根中16的Ⅲ级螺纹钢 筋，实际用量为0．63％，间距为15．5 cm；横向配筋 率为0．14％，采用dPl2的Ⅱ级螺纹钢筋，横向间距 为4J0 cnl。钢筋埋置深度分两种：东半幅埋置在1／2 处(10 cnl)，西半幅埋置在I／3处(7 cm)，以便比 较不同埋深对横向裂缝的约束效果。 连续配筋混凝土路面的横向微小裂缝是路面建成 初期由于水泥混凝土水分蒸发而产生的干缩和由于温 度降低产生的温缩产生的。这些收缩应力被钢筋所承 担，因此裂缝分散在更多的地方，而裂缝宽度极其微 小，轮载应力是影响较小的因素。CRCP路面的破坏 形式和原因主要有以下五类： (1)局部开裂。局部开裂产生的横向裂缝主要 是由于施工不当造成的。 (2)唧泥。主要是因为路面厚度不当及基层材 料不稳定，在行车荷载作用下基层材料受到冲刷而引 起的。 (3)剥落。轻度剥落与路面弯沉较大有关。这 是由于支承条件差和厚度不足造成的；严重剥落是由 于表层混凝土抗弯拉强度不足引起的。表层混凝土抗 弯拉强度不足，通常是由于表面超负荷或水灰比高引 起的泛浆造成的。 (4)折断。CRCP最严重的问题之一，需要立即 维修。当横向裂缝间距较小时，且荷载在裂缝处传 递，CRCP从纵向梁变成横向粱，作为横向梁则横向 应力大于纵向应力。随交通荷载的进一步增加，在两 横向裂缝间就会发生纵向裂缝并逐渐发展成破坏。 (5)钢筋断裂：横向裂缝发展到6 mm一50 mm 宽，雨水容易渗入裂缝引起钢筋的锈蚀，使得钢筋应 连续配筋混凝土(CRCP)+沥青混凝土(HMA)复合路面断裂力学分析 545 力超过其抗拉强度就发生断裂。 由于连续配筋混凝土路面(CRCP)良好的整体 性能，在旧路改造建设中有广泛的应用前景。它对由 于路面加宽和不均匀沉降引起的基层模量不均匀情况 有很好的适应能力。本文的目标是分析CRCP加 HMA这种路面结构中的受力特性，HMA层反射裂缝 和CRCP层底裂缝的开展情况。通过计算结果的分析 得到连续配筋结构对整个路面结构受力性能的改善情 况和各种路面参数对路面结构应力和裂缝发展的影 响，这对CRCP加HMA加铺层这种路面结构的设计 施工有指导性意义。 2连续配筋混凝土路面结构的有限元模型 有限元方法分析钢筋混凝土结构与一般固体力学 中的有限元分析，具体分析过程中有两个突出的特 点：第一是材料本构关系的特殊性和复杂性；第二是 有限元离散化时的特殊性，因为钢筋混凝土结构由钢 筋和混凝土两种材料组成，如何将这类结构离散化， 这