板角斷裂機(jī)理及厚型混凝土路面的應(yīng)用研究

楊錫武，李　潔，陳明磊，姜光利，周鵬程，張青春，鄭進(jìn)軍

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.唐山市交通運(yùn)輸局 公路工程處，河北 唐山 063000)

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板角斷裂機(jī)理及厚型混凝土路面的應(yīng)用研究

楊錫武1*，李潔2，陳明磊2，姜光利2，周鵬程2，張青春2，鄭進(jìn)軍1

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074；2.唐山市交通運(yùn)輸局 公路工程處，河北 唐山 063000)

分析了水泥混凝土路面易于產(chǎn)生板角斷裂的原因，用數(shù)值模擬方法分析了完全接觸和脫空條件下板角的應(yīng)力變化規(guī)律，結(jié)果表明：板角的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)的狀態(tài)不相符是導(dǎo)致其斷裂破壞的主要原因；不同接觸條件下，混凝土路面板角的應(yīng)力變化規(guī)律不同，脫空后的板角應(yīng)力呈拋物線變化，增加板厚可以顯著減小脫空板角的應(yīng)力?；诿摽瞻褰菓?yīng)力隨板厚的變化規(guī)律，鋪筑了厚度達(dá)46 cm的混凝土路面，測(cè)試了厚板和薄板混凝土路面板角和臨界荷位的應(yīng)力，研究了厚型混凝土路面的施工工藝，分析了厚型混凝土路面的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明，厚板對(duì)于減小臨界荷位處和板角的應(yīng)力效果明顯，厚型混凝土路面施工工藝簡便，使用壽命長，性價(jià)比遠(yuǎn)高于瀝青路面。

板角；斷裂；力學(xué)機(jī)理；厚型混凝土路面；施工工藝

目前水泥混凝土路面早期破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，養(yǎng)護(hù)維修難度大，各地區(qū)大面積的“白改黑”工程使水泥混凝土路面在我國的各等級(jí)公路中的應(yīng)用受到很大影響。本文針對(duì)混凝土路面破壞病害類型及板角斷裂為破壞頻率最高病害的情況，分析了板角易斷裂破壞的原因，用有限元方法分析了不同接觸和脫空量條件下混凝土路面板角的應(yīng)力變化規(guī)律，基于板角斷裂機(jī)理的分析計(jì)算結(jié)果，在唐山濱海一級(jí)公路姜各莊收費(fèi)站鋪筑了板厚46 cm的混凝土路面，分析了厚型混凝土路面的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明，與瀝青路面相比，厚型耐久混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修成本低，使用壽命長，造價(jià)低，性價(jià)比高的特點(diǎn)。

1　水泥混凝土路面板角斷裂破壞原因分析

水泥混凝土路面的變形破壞形式有：裂縫、破碎板、板角斷裂、錯(cuò)臺(tái)、沉陷、唧泥與脫空、邊角剝落、接縫材料破損、坑洞、拱起、磨損和露骨、修補(bǔ)損壞等。在這些變形破壞形式中，除路基沉降、施工質(zhì)量差導(dǎo)致的斷板外，板角斷裂是各等級(jí)公路水泥混凝土路面最常見的破壞形式，占破壞病害的70%～80%，成為混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如果減少板角斷裂，混凝土路面的破壞病害將大幅減少，因此，減少板角斷裂對(duì)于延長混凝土路面的使用壽命，降低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用具有重要意義，是值得深入研究的課題。根據(jù)調(diào)查[1-3]，我國水泥混凝土路面容易產(chǎn)生板角斷裂的原因有以下幾方面：(1)現(xiàn)行混凝土路面設(shè)計(jì)是基于完全接觸條件下的小撓度彈性地基薄板理論，板在臨界荷位的應(yīng)力是混凝土板與基礎(chǔ)完全接觸條件下的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力，因此，計(jì)算的彎矩較小，荷載應(yīng)力也較小，計(jì)算的板厚也較薄，27、28 cm已是較大的板厚；(2)板角是縱縫橫縫的交點(diǎn)，有四條縫的滲水途徑，滲水量遠(yuǎn)大于臨界荷位的板邊中部，理論上，接縫滲水是養(yǎng)護(hù)和施工控制問題，只要加強(qiáng)施工和養(yǎng)護(hù)管理就可以解決，但由于接縫防水沒有定量的檢測(cè)方法，施工單位重視有定量檢測(cè)指標(biāo)的混凝土板強(qiáng)度，而不太重視量大又沒有定量檢測(cè)指標(biāo)的接縫防水施工，使接縫防水效果始終與設(shè)計(jì)有一定的距離，養(yǎng)護(hù)過程中也很難做到接縫的定期更換，是接縫滲水現(xiàn)象嚴(yán)重且難以解決的主要原因，使板角滲水嚴(yán)重，基層濕軟，強(qiáng)度不均，在車輛荷載作用下，板底基層產(chǎn)生泵吸作用和沖刷作用，板角底部基層材料被沖刷唧泥帶走，導(dǎo)致板角唧泥脫空，使板角處于脫空或半脫空(基層濕軟、強(qiáng)度低、在荷載作用下塑性變形大，但與板仍處于接觸)狀態(tài)而非設(shè)計(jì)的完全接觸彈性工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)不符，非完全接觸條件下的脫空板在荷載作用下應(yīng)力大大增加，導(dǎo)致板角斷裂破壞，這就是目前混凝土路面斷裂破壞以板角斷裂破壞為主要破壞形式的原因；相比之下，縱向板邊臨界荷位處的路面板底滲水較少，不易產(chǎn)生脫空和唧泥，板在荷載作用下始終與基層完全接觸，板的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)較一致，使混凝土路面沿板中的斷裂很少；(3)重載作用，上世紀(jì)80年代，我國混凝土路面的設(shè)計(jì)軸載有60 kN和100 kN兩種，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛軸載逐漸增大，后來設(shè)計(jì)軸載采用100 kN至今，而目前我國國省干線公路和高速公路的交通軸載組成和重量遠(yuǎn)非上世紀(jì)的交通情況可比，軸重大于100 kN的重載超載車輛多，混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范也作了不斷改進(jìn)完善，但混凝土板的設(shè)計(jì)厚度變化都不太大，設(shè)計(jì)厚度很難達(dá)到28 cm以上，雖然從臨界荷位的應(yīng)力計(jì)算上完全能滿足要求，但與目前各等級(jí)公路的重載疲勞作用相比，這個(gè)厚度實(shí)際上是偏薄，在重載和滲水作用下，厚度較薄的板容易產(chǎn)生大的撓度，板角部位更容易產(chǎn)生塑性變形積累和沖刷唧泥脫空，板角更容易斷裂破壞。因此，要解決混凝土路面提前斷板破壞嚴(yán)重的問題，必須重視板角斷裂的原因分析，只要減少板角的斷裂破壞，混凝土路面的斷裂破壞就會(huì)大大減少，從而延長路面使用壽命，降低養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，使混凝土路面的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。以下應(yīng)用有限元方法，分析板角接觸條件對(duì)其應(yīng)力的影響以及采用厚板對(duì)于減小板角應(yīng)力的效果。

2　不同接觸條件下水泥混凝土路面板角應(yīng)力變化規(guī)律的有限元分析

為研究接觸條件及板厚對(duì)板角應(yīng)力的影響，本文用數(shù)值模擬計(jì)算分析了不同接觸條件和結(jié)構(gòu)厚度路面板的板角和臨界荷位的應(yīng)力變化規(guī)律，為解決混凝土路面板角斷裂破壞提供理論依據(jù)。

2．1數(shù)值模擬計(jì)算模型的建立

應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，建立不同接觸條件下的水泥混凝土路面板三維模型，計(jì)算不同板厚和不同接觸條件下板角表面的最大應(yīng)力。模型由路面板和地基兩部分組成，路面板采用四面體Solid95單元模擬，加載采用適合各種變化荷載和表面效應(yīng)的8節(jié)點(diǎn)SURF154單元模擬。

建模假設(shè)：面層、基層和墊層材料為線彈性材料，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合廣義胡克定律；路基土為彈塑性體，遵循Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，面層與基層間為非光滑接觸，摩擦系數(shù)取0.4，其余各層之間為完全連續(xù)的光滑接觸，位移完全連續(xù)。

模型邊界條件與幾何參數(shù)：基層及以下土基長度7 m，寬度6 m；面板長5 m，寬4 m，位于基層中央；路基一定深度(z方向)的底面為固定面，左右兩個(gè)與z平行的面沒有x方向(行車方向)的位移，前后兩個(gè)與z軸垂直的面沒有z方向的位移，前后兩個(gè)與y軸(路寬方向)垂直面沒有y方向的位移。

接觸條件模擬：接觸條件分完全接觸和脫空兩種狀態(tài)，板角脫空長度為板角的直角邊長度，脫空面積為等邊直角三角形的面積，斜邊為脫空與完全接觸的界限，脫空直角三角形斜邊中垂線與水泥穩(wěn)定碎石基層1/2厚度處連線形成的斜坡面為脫空范圍，如圖1所示。

軸載：采用矩形接觸面荷載計(jì)算，取為210.0×170.0 mm，雙輪中心距按標(biāo)準(zhǔn)軸載中心距取為320.0 mm，標(biāo)準(zhǔn)軸載應(yīng)力為0.7 MPa。其它軸重的換算方法是作用面積不變，把軸重?fù)Q算成相應(yīng)壓力。荷載作用于板中臨界荷位和板角頂點(diǎn)兩個(gè)部位。

模擬計(jì)算路面結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)：各路面結(jié)構(gòu)層厚度及材料參數(shù)如表1所示。

2.2混凝土路面臨界荷位和板角的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果及分析

表2是標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，完全接觸的混凝土路面板臨界荷位板底拉應(yīng)力和板角最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

圖1　計(jì)算模型結(jié)構(gòu)斷面及平面示意圖

模型結(jié)構(gòu)及材料抗壓回彈模量/MPa密度/kg/m3泊松比模型代號(hào)及結(jié)構(gòu)層厚度/cm完全接觸脫空MJ1MJ2MJ3MJ4MJ5MK1MK2MK3C30混凝土3100025000.151820222426252545水泥穩(wěn)定碎石120022000.252020202020202020級(jí)配碎石20020000.301515151515151515土基3520000.35200200200200200200200200

表2　標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下路面板臨界荷位的板底拉應(yīng)力和板角表面最大拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

從表2可以看出：

(1)在板與基層完全接觸板條件下，臨界荷位板底拉應(yīng)力大于板角表面最大拉應(yīng)力，表明在完全接觸條件下，選擇板的縱向邊長中點(diǎn)作為臨界荷位是合理的。

(2)在完全接觸條件下，臨界荷位的板底應(yīng)力和板角表面最大拉應(yīng)力隨板厚的增加而逐漸減小，板厚從18 cm增加到26 cm時(shí)，臨界荷位板底最大應(yīng)力減小了35%，板角最大應(yīng)力減小了52%，表明板角最大拉應(yīng)力對(duì)板厚變化較為敏感，厚度較小的板更容易產(chǎn)生板角斷裂破壞。

(3)在相同軸載作用下，增加板厚可以使板角應(yīng)力快速減小，而對(duì)于臨界荷位的應(yīng)力降低很小，增加板厚對(duì)于減小臨界荷位的應(yīng)力效果不明顯?；诎褰菓?yīng)力隨板厚度的這種變化特點(diǎn)，增加板厚可以有效避免板角斷裂破壞。

2.3脫空對(duì)板角應(yīng)力影響及分析

為找出不同接觸條件下板角的應(yīng)力變化規(guī)律和影響因素，分析了完全接觸和不同脫空量的不同厚度混凝土板在標(biāo)準(zhǔn)軸載和重載作用下，沿板角45°角平分線方向的應(yīng)力變化及最大應(yīng)力變化。計(jì)算結(jié)果如表3和圖2所示。

從表3和圖2可以看出：

(1)脫空和完全接觸板角的應(yīng)力變化規(guī)律不同。不同板角脫空長度的板角表面應(yīng)力沿角平分線方向的變化呈拋物線變化，板角脫空后，沿板角平分線方向，板表面應(yīng)力逐漸增加到最大，然后逐漸減小，始終有一個(gè)最大值，最大應(yīng)力位于脫空與接觸的交界附近。而完全接觸板角應(yīng)力變化卻明顯不同，在0.5～0.75的邊長范圍內(nèi)快速增大，然后增幅度很小，應(yīng)力曲線變化很平緩。而且，板角脫空后的應(yīng)力都遠(yuǎn)大于完全接觸的應(yīng)力。

(2)脫空使板角應(yīng)力顯著增大，25 cm厚板脫空0.5 m以后，最大應(yīng)力增加154%，而厚度35c m和45 cm板的應(yīng)力分別增加75%和41%，脫空為1.0 m的時(shí)，25 cm板的應(yīng)力比脫空前增加253%，而厚度為35 cm和45 cm板的應(yīng)力分別比脫空前增加102%和46%，表明增加板厚可以顯著減小板

表3　不同厚度板角最大第一主應(yīng)力隨脫空長度變化的計(jì)算結(jié)果

圖2　板角應(yīng)力隨脫空長度變化的關(guān)系曲線

角脫空應(yīng)力，如在水和其它因素作用下導(dǎo)致板角脫空，則厚板不容易斷裂，而薄板板角更容易斷裂。

(3)不同板厚、不同脫空量混凝土板在100 kN和200 kN軸載作用下的板角最大應(yīng)力增量表明，薄板的脫空應(yīng)力增幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于厚板越大，重載作用下，薄板比厚板更容易產(chǎn)生板角斷裂破壞。

(4)當(dāng)板厚達(dá)到45 cm時(shí)，無論是100 kN的標(biāo)準(zhǔn)軸載還是200 kN的重載，隨著脫空量的增加，板角的應(yīng)力增加幅度較為平緩。因此，為避免混凝土路面的板角斷裂破壞，可采取增加板厚的措施。

3　厚型混凝土路面的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及施工工藝

基于上述理論分析計(jì)算成果及厚型混凝土路面特點(diǎn)，本次研究在唐山濱海公路唐秦界至曹妃甸新城段的樂亭收費(fèi)站鋪筑了半幅厚型混凝土路面試驗(yàn)段，以研究厚型混凝土路面的施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果、評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性，為這種路面結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

3.1試驗(yàn)路面結(jié)構(gòu)與測(cè)試

依托工程為河北省道濱海公路唐秦界至曹妃甸新城段，位于唐山市東部的濱海平原，隨著曹妃甸工業(yè)區(qū)的開發(fā)建設(shè)，大型貨車急劇增加，成為主要車型。為適應(yīng)重載交通的要求，樂亭收費(fèi)站場(chǎng)采用混凝土路面結(jié)構(gòu)，為對(duì)比厚型混凝土路面的使用效果，進(jìn)站方向采用原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)(板上設(shè)置了鋼筋網(wǎng))，出站方向采用厚型試驗(yàn)路面，如圖3所示。

圖3　收費(fèi)站試驗(yàn)路面結(jié)構(gòu)與布置

試驗(yàn)在原設(shè)計(jì)路面和試驗(yàn)路面上選擇了兩塊板，在板的臨界荷位和板角處安裝鋼弦式混凝土應(yīng)變計(jì)，測(cè)試臨界荷位板底和板角表面混凝土板的應(yīng)力變化規(guī)律，以研究厚型混凝土路面板與原設(shè)計(jì)混凝土板在板角與臨界荷位處的應(yīng)力差異。測(cè)試板塊靠路肩，長×寬=8×5.6 m，混凝土板的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為5.0 MPa，臨界荷位和板角的傳感器布置如圖4所示。

3.2測(cè)試成果及分析

表4分別是厚型混凝土路面板和原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土路面板在臨界荷位和板角應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，測(cè)試齡期為28 d。測(cè)試軸載為100 kN和200 kN兩種。

從表4可以看出：

(1)無論是厚型混凝土路面板還是原設(shè)計(jì)路面板，在臨界荷位處的應(yīng)力為上部受壓，下部受拉，板角表面應(yīng)力小于臨界荷位處的應(yīng)力，變化規(guī)律與

完全接觸條件下混凝土路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力選擇臨界荷位依據(jù)及臨界荷位處板底應(yīng)力的變化規(guī)律一致，表明測(cè)試結(jié)果和方法是可靠的。

圖4　傳感器布置與安裝

部位厚型耐久試驗(yàn)路面(46cm)原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土路面(28cm)軸載100kN軸載200kN軸載100kN軸載200kN應(yīng)力/MPa應(yīng)力/MPa應(yīng)力/MPa應(yīng)力/MPa臨界荷位上0-0.124-0.155-0.31中0-0.1550.0620下0.1240.2790.2730.496板角表面100-0.124-0.217200-0.093-0.217300-0.093-0.1244005000-0.279備注傳感器編號(hào)從板角頂點(diǎn)起為1#、2#、3#、4#、5#,間距25cm。

(2)在100 kN和200 kN軸載作用下，原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土板在臨界荷位處的拉應(yīng)力均明顯大于厚型混凝土板的應(yīng)力，表明增加板厚對(duì)于減小臨界荷位處的應(yīng)力效果明顯。

(3)在100 kN和200 kN軸載作用下，厚型板角的應(yīng)力都為0，板角沒有撓曲變形，而原設(shè)計(jì)相對(duì)較薄的鋼筋混凝土板角產(chǎn)生了壓應(yīng)力，產(chǎn)生了撓曲變形。表明完全接觸條件下，增加板厚可以顯著減小板角變形和應(yīng)力，避免板角的斷裂破壞。

(4)厚型板和原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土板的板角應(yīng)力和臨界荷位板底應(yīng)力都遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)拉應(yīng)力和理論計(jì)算應(yīng)力，這主要是現(xiàn)場(chǎng)新鋪路面結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)完全接觸模型狀態(tài)較吻合，同時(shí)板較厚，原設(shè)計(jì)板中也加了鋼筋，板具有較大的剛度和抗變形能力，使測(cè)試的應(yīng)力值偏小。

3.3厚型混凝土路面現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

厚型混凝土路面的施工工藝和接縫構(gòu)造與普通混凝土路面基本相同，包括：①基層準(zhǔn)備；②分幅寬度放樣；③安裝模板；④混凝土拌和；⑤攤鋪混凝土；⑥振搗密實(shí)；⑦抹面和抗滑構(gòu)造施工；⑧養(yǎng)生；⑨接縫施工。由于混凝土板厚度較大，普通混凝土路面切縫機(jī)不能滿足切縫深度要求，可以采用切割深度較大的切割機(jī)鋸縫，若縮縫處設(shè)置傳力桿，可以在澆筑過程中采用專門的結(jié)構(gòu)成型接縫及深度，本研究結(jié)合厚型混凝土路面的接縫特點(diǎn)和板厚，發(fā)明了厚型混凝土路面接縫成型裝置，使厚型混凝土路面澆筑成型后不需要再鋸縫而直接成縫。此外，厚型混凝土路面施工的模板需要根據(jù)設(shè)計(jì)的板厚單獨(dú)加工制作。

3.4厚型混凝土路面的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

表5是厚型混凝土路面與瀝青混凝土路面的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析。

從表5可以看出，采用46 cm厚混凝土板路面的造價(jià)比采用4+5+7面層采用改性瀝青混凝土的路面結(jié)構(gòu)低5元/m2，在預(yù)期的使用壽命期內(nèi)，比瀝青路面投入低60%，瀝青路面在15年期間需要投入多次的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、罩面和大修費(fèi)用，而厚型混凝土路面使用期間的養(yǎng)護(hù)主要是接縫防水材料更換，費(fèi)用低，此外，瀝青路面維修、改建期間將產(chǎn)生廢料和開采新料，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞，而水泥路面則長期使用，不產(chǎn)生養(yǎng)護(hù)維修廢料，有利于保護(hù)環(huán)境，因此，無論是近期一次性投入還是長期投入，厚型混凝土路面都比瀝青路面具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

表5　厚型混凝土路面使用經(jīng)濟(jì)效益分析

4　結(jié)論

(1)板角斷裂是混凝土路面最常見且量最多的破壞形式，其主要原因是混凝土路面板角滲水、脫空和重載作用，板角的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)不一致，導(dǎo)致板角更容易斷裂破壞。

(2)脫空板角表面應(yīng)力沿角平分線方向呈拋物線變化，最大應(yīng)力位于脫空與接觸的交界附近，而完全接觸板角應(yīng)力則在距板角一定長度范圍內(nèi)快速增大，然后增長很平緩，脫空使板角應(yīng)力顯著增大，且遠(yuǎn)大于完全接觸板的應(yīng)力。

(3)重載作用下，薄板比厚板更容易產(chǎn)生板角斷裂破壞，增加板厚可以顯著減小脫空板角的應(yīng)力，為避免混凝土路面的板角斷裂破壞，可采取增加板厚的措施，但最大板厚不宜超過45 cm，再增加厚度對(duì)于減小板角應(yīng)力的意義不大。

(4)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路面表明，厚型混凝土路面可以顯著減小板角應(yīng)力和板在臨界荷位的應(yīng)力，其施工工藝簡便，性價(jià)比遠(yuǎn)高于瀝青路面，對(duì)于重載交通的道路，采用厚型混凝土路面結(jié)構(gòu)，可以增加板角剛度，減小板角撓度，避免混凝土路面的板角脫空斷裂破壞，延長混凝土路面使用壽命。

[1] 楊錫武， 王東， 張祖堂. 汽車超載對(duì)水泥混凝土路面破壞影響的力學(xué)機(jī)理分析[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，23(6)：46-49.

[2] 楊錫武.公路水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]楊錫武.路面養(yǎng)護(hù)維修與實(shí)用技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[4] 蔣應(yīng)軍， 戴學(xué)臻， 陳忠達(dá)，等. 重載水泥混凝土路面損壞機(jī)理及對(duì)策研究[J]. 公路交通科技，2005，22(7)：31-35.

[5] 石小平， 劉占山， 姚祖康. 控制撓度的混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，19(2)：177-186.

(責(zé)任編輯：曾晶)

Mechanism of Slab Corner Fracture and Application Study of Thick Type Concrete Pavement

YANG Xiwu1*，LI Jie2，CHENG Minglei2，JIANG Guangli2，ZHOU Pengcheng2，ZHANG Qingchun2，ZHENG Jinjun1

(1. School of Civil Engineering， Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074， China;2 Highway Engineering Division，Tangshan Department of Transportation， Tangshan 063000， China )

The reasons of Concrete slab corner fracture were analyzed. The concrete slab corner stress change rule in different foundation contact condition was studied in numerical simulation method. The numerical simulation results show that the causes of concrete slab corner easily fracture are that the slab actual foundation contact condition is not consistent with the design contact condition， and the corner stress of slab changed with the foundation contact condition， the voids lab coner stress change curve is a parabola and increasing thickness of slab can significantly reduce the voids stress. Based on the rule of voids coner surface stress changing with thickness of lab， a thick type test pavement (46 cm in thickness) was paved and the load stress of corner surface and critical loading position were tested and the construction process of thick type concrete pavement was investigated in the course of test pavement building and its economical efficiency was evaluated. The field thick type slab test results prove that increasing the thickness of slab can observably reduce the stress of voids coner surface and critical load position， thick type concrete pavement is not only simple in construction process but also has long service life and cheaper cost than asphalt pavement in the long run.

slab corner; fracture; mechanics mechanism; thick type concrete pavement; construction process

B

1000-5269(2016)03-0119-07

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.03.28

2016-02-16

唐山市科技局科技計(jì)劃項(xiàng)目(12110219a)

楊錫武(1963-)，男，教授，博士，研究方向：路基路面工程，Email：yangxw01@126.com.

楊錫武，Email：yangxw01@126.com.

U416.216