關(guān)于提高連續(xù)配筋混凝土（CRCP）接縫傳荷能力的探討

余培正

摘 要：連續(xù)配筋混凝土路面（CRCP）在施工時(shí)完全不設(shè)脹、縮縫，較之普通水泥混凝土路面具有行車(chē)舒適性好、路面承載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。剛性路面接縫傳荷能力對(duì)路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度、表面特性及其使用壽命均有重要的影響。此外，當(dāng)今世界汽車(chē)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是向重型、快速方向發(fā)展，接縫傳荷能力的重要性便更加突出。本文探討了提高連續(xù)配筋混凝土路面（CRCP）接縫傳荷能力的幾點(diǎn)措施。

關(guān)鍵詞：連續(xù)配筋混凝土路面（CRCP）;承載能力;接縫;傳荷能力

1 接縫傳荷能力的定義與評(píng)定指標(biāo)

混凝土路面板的接縫所具有的將車(chē)輪荷載由接縫一側(cè)直接承受荷載的板塊向接縫另一側(cè)非直接承受荷載的板塊進(jìn)行傳遞的能力，稱為接縫的傳荷能力。表征傳荷能力的直接指標(biāo)應(yīng)該是接縫兩側(cè)所承受的荷載之比值，即：

式中：——接縫傳荷系數(shù);——直接承重板所承受的荷載;——由接縫傳遞至非直接承重板所承受的荷載。

與之和為車(chē)輪施加于路面板接縫位置的外力總荷載P。根據(jù)接縫傳荷能力的不同，可分為三種情況。

情況一：接縫完全不具備傳荷能力。例如全部斷開(kāi)，且完全脫離接觸的接縫，以及路面板的自由邊界。荷載全部由直接承重板承受，非直接承重板不承受荷載，因此，接縫傳荷系數(shù)為零。即：

情況二：接縫具有最佳的傳荷能力。例如配置傳力桿的縮縫，以及結(jié)構(gòu)緊密、性能完好的脹縫在夏令季節(jié)工作狀態(tài)。荷載由直接承重板與非直接承重板平均分擔(dān)。接縫傳荷系數(shù)最大。即：

即使是傳荷能力最佳的接縫，它仍然不具備傳遞彎矩的能力。這種具有最佳傳荷能力的接縫，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)力學(xué)中的鉸接邊界。

情況三：接縫具有一定的傳荷能力，但是達(dá)不到情況二的最佳狀態(tài)。例如脹縫在冬令季節(jié)輕微松動(dòng);接觸緊密，但是沒(méi)有配置傳力桿的縮縫等。此時(shí)直接承重板承受的荷載大于非直接承重板，傳荷系數(shù)小于1.0，即：

大多數(shù)接縫的傳荷能力處于第三種情況，即使在使用初期，情況良好，傳荷系數(shù)達(dá)不到1.0，但是經(jīng)過(guò)使用一些年之后，也會(huì)降低，成為第三種情況。

采用實(shí)際承受荷載比值來(lái)表征接縫的傳荷能力，雖然同傳荷能力的定義是完全一致的，但是對(duì)于荷載分配的實(shí)際狀況卻難以量測(cè)，所以也無(wú)法對(duì)各種接縫的傳荷能力，以及板體的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)作定性、定量分析。為此，又提出了反映接縫傳荷能的間接指標(biāo)，主要有兩種：

（1）以撓度比值作為評(píng)定接縫傳荷能力的指標(biāo)。當(dāng)車(chē)輪P作用于縫邊，直接承重板承受的荷載為，板邊產(chǎn)生撓度為;非直接承重板承受了由接縫傳過(guò)來(lái)的荷載，板邊產(chǎn)生的撓度為，傳荷系數(shù)為：

（2）以路面板邊緣最大應(yīng)變比值作為評(píng)定接縫傳荷能力的指標(biāo)。當(dāng)車(chē)輪作用于縫邊，直接承重板承受的荷載為，板邊產(chǎn)生最大應(yīng)變?yōu)?非直接承重板承受了由接縫傳過(guò)來(lái)的荷載，板邊產(chǎn)生的最大應(yīng)變?yōu)?，傳荷系?shù)為：

從荷載應(yīng)力計(jì)算理論來(lái)看，無(wú)論是溫克勒地基模型或是彈性半空間地基模型，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)、地基支承與荷載條件完全相同的情況下，某一特定位置的撓度或應(yīng)變與荷載的大小成正比，因此，從理論上分析，用撓度值或應(yīng)變比值取代荷載比值作為傳荷系數(shù)，以表征接縫的傳荷能力都是有根據(jù)的。

2 影響接縫傳荷能力的因素

國(guó)內(nèi)許多學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)影響接縫傳荷能力的因素進(jìn)行研究：

由周德云、姚祖康《水泥混凝土路面接縫傳荷能力的分析》[1]一文中了解，此文中采用Winkler地基假設(shè)和剪切彈簧單元模型作為接縫傳荷介質(zhì)，建立了接縫傳荷系數(shù)（撓度比）與應(yīng)力折減系數(shù)之間的關(guān)系;路面結(jié)構(gòu)剛度（用相對(duì)剛度半徑表示）對(duì)縱縫處的應(yīng)力折減系數(shù)與撓度比關(guān)系無(wú)明顯影響，可以認(rèn)為沒(méi)有直接關(guān)系，對(duì)橫縫處的傳荷能力則影響較大;接縫處臨界荷位的撓度比值，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)調(diào)查或室內(nèi)試驗(yàn)確定，此文中建立的撓度比與應(yīng)力折減系數(shù)之間的關(guān)系，可用于對(duì)新舊路面的接縫傳荷能力的評(píng)價(jià)和具有接縫的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

在唐伯明與鄧學(xué)鈞的《剛性路面接縫傳荷能力的評(píng)定與分析》[2]一文中，對(duì)水泥混凝土路面接縫傳荷能力性能進(jìn)行了比較系統(tǒng)的評(píng)定與分析，得出如下結(jié)論：

（1）有限元分析表明，影響接縫傳荷的主要因素是傳力桿系數(shù)Cw及傳力桿的松動(dòng)量SL;當(dāng)要保證應(yīng)力比傳荷能力時(shí)，Cw值不小于5*104 kN/m;一般隨松動(dòng)量SL的增大，傳荷能力呈線性遞減，當(dāng)SL大于等于自由板板邊撓度時(shí)，傳力桿的傳力作用將完全喪失，在傳力桿接縫的設(shè)計(jì)分析中必須充分重視。

（2）理論計(jì)算表明，撓度比傳荷能力Ew與應(yīng)力比傳荷能力Ea間不存在簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般Ew值較高，而Ea僅為Ew的50%左右，這一結(jié)論在本次實(shí)驗(yàn)中得到了很好的驗(yàn)證。對(duì)于實(shí)際使用中的混凝土路面，可由FWD快速測(cè)定接縫的繞度比傳荷能力。

由周正峰、凌建明、袁捷發(fā)表的《機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面接縫傳荷能力分析》[3]一文中，基于ABAQUS有限元軟件，按照“貢獻(xiàn)面積”剛度分配原則，通過(guò)在相鄰混凝土板側(cè)面的對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)設(shè)置彈簧單元，建立并驗(yàn)證了考慮接縫傳荷能力的機(jī)場(chǎng)剛性道面三維有限元模型。結(jié)果表明：接縫傳荷能力與荷載大小無(wú)關(guān)，只與道面結(jié)構(gòu)自身有關(guān);增大混凝土板厚度，板邊應(yīng)力和接縫傳荷能力均有明顯減小;增大接縫剛度，可以提高接縫的傳荷能力，并改善接縫附近混凝土板的受力狀況。在多輪荷載作用下，輪距越小，板邊應(yīng)力和接縫傳荷能力越大;除了三軸三輪起落架的應(yīng)力折剪系數(shù)略小于0.25外，其它構(gòu)型起落架都大于0.25，而以荷載表征的接縫傳荷系數(shù)隨著起落架軸數(shù)的增加而減小。

3 提高接縫傳荷能力的途徑

提高剛性路面接縫傳荷能力可以從以下三方面著手：

（1）合理的平面分塊與接縫布置。平面分塊要嚴(yán)格按規(guī)定劃分，避免錯(cuò)縫、銳角等不規(guī)則布置方法。對(duì)脹縫的設(shè)置要十分慎重，因?yàn)槊浛p的傳荷能力差、病害多，而且脹縫的存在會(huì)引起縮縫的松弛，不能緊密接觸，結(jié)果使其他縮縫的傳荷能力也下降。因此，不設(shè)脹縫或少設(shè)脹縫是提高接縫傳荷能力的有效措施。

（2）改進(jìn)接縫構(gòu)造，提高施工質(zhì)量，使接縫長(zhǎng)期保持良好的傳荷能力。接縫的形式、構(gòu)造、尺寸、材料以及施土養(yǎng)護(hù)方法等都可以進(jìn)一步研究改進(jìn)，使之更加合理，更加有利于提高接縫的傳荷能力。

（3）修筑穩(wěn)定性良好的基層。實(shí)踐證明，基層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度對(duì)接縫傳荷能力有明顯影響。因此，干線公路剛性路面一般都修筑穩(wěn)定性良好的基層，如水泥穩(wěn)定類(lèi)基層、瀝青穩(wěn)定類(lèi)基層等，也有鋪筑低標(biāo)號(hào)貧混凝土作為路面基層的，這對(duì)提高傳荷能力效果更佳。

4 總結(jié)

影響接縫縫傳荷能力的因素比較多，通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)以及理論分析，荷載大小、面層厚度、基層厚度、面層與基層接觸條件、土基強(qiáng)度和接縫剛度等均對(duì)裂縫傳荷能力有影響。

從實(shí)際測(cè)量效果與直觀感覺(jué)來(lái)看，撓度比值比之于應(yīng)變比值更能準(zhǔn)確地量測(cè)，易于被人們接受，且應(yīng)用于計(jì)算分析也較方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]周德云，姚祖康.水泥混凝土路面接縫傳荷能力的分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1993（1）：57-65.

[2]唐伯明，鄧學(xué)鈞.剛性路面接縫傳荷能力的評(píng)定與分析——FWD開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1991（6）：84-91.

[3]周正峰，凌建明，袁捷.機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面接縫傳荷能力分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009（2）：112-118.