CN109930456A - 一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，初拟上下层钢筋的配筋率及配筋位置；步骤二，根据不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j的计算公式，计算不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j；步骤三，根据不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j的计算公式，计算不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j；步骤四，根据Δb_j和Δb′_j值，确定出双层CRCP横向裂缝宽度控制值b_j，双层CRCP横向裂缝宽度控制值b_j即为双层CRCP配筋率控制指标。本发明确定的配筋率控制指标可用于配筋率设计，对科学合理地设计双层CRCP配筋率有重要意义，配筋率是决定双层CRCP性能和经济性的重要指标，因此，本发明具有显著的社会与经济效益。

Description

一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法。

背景技术

双层连续配筋混凝土路面(Two-layer Continuously Reinforced ConcretePavement，简称双层CRCP)是从配筋率角度出发，在连续配筋混凝土(CRC)板内对纵向钢筋进行双层配筋设计及布置，同时配有一定数量横向钢筋的长寿命混凝土路面结构。

双层CRCP的配筋设计研究具有复杂性、综合性和系统性的特点，双层CRCP路面结构在自然环境和车辆荷载双重作用下，路面结构内力学响应研究涉及包括：车辆、人群动静荷载引起的荷载应力；季节性平均降温所引起的温度变化在CRC板内产生温缩应力σ_d；CRC板的自干燥收缩变形产生的干缩应力σ_s；湿度翘曲应力σ_RH共四方面的结构应力，配筋设计指标更是涉及包括混凝土弹性模量(E_c)、钢筋弹性模量(E_s)、混凝土线膨胀系数(α_c)、钢筋线膨胀系数(α_s)等多达十几项配筋设计参数的综合影响。

国内外基本上没有关于双层CRCP配筋设计的研究，已竣工的双层CRCP工程配筋率均是参考单层CRCP配筋指标计算公式采取保守设计，以湖北省某双层CRCP工程为例，综合考虑自然环境温度变化和重载交通环境后纵向配筋率取值为1.18％，虽然该配筋设计达到了工程质量要求，但从工程经济性角度出发较高的纵向配筋率设计会大幅增加工程造价，而且因为是双层配筋，配筋率太大也会影响水泥混凝土的振捣密实等施工质量，这也要求双层CRCP工程的配筋率要尽可能精准，少了无法满足技术和质量上的需要，大了会造成没必要的成本增加并会影响水泥混凝土的振捣密实等施工质量。

现行规范并没有关于双层CRCP纵向配筋率控制指标的计算公式以及参考值，其横向裂缝宽度控制值的计算也不够合理。故有必要针对双层CRCP的配筋设计开展研发，确定双层CRCP的配筋设计指标控制值，精准、科学合理的设计双层CRCP工程的配筋率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是研发一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，这种方法不仅可以解决现行规范没有关于双层CRCP的配筋率控制指标的问题，而且确定的配筋率控制指标可用于配筋率设计，对科学合理地设计双层CRCP配筋率有重要意义，也可以填补现行行业规范关于双层CRCP配筋率设计的空白。

为实现上述目的，本发明一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，包括如下步骤：

步骤一，根据双层CRCP的设计参数，初拟上下层钢筋的配筋率及配筋位置；

步骤二，根据不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j的计算公式：

Δb_j＝0.01734×ΔLOCs+0.00817×ΔLOCs_上-0.81947

式中：Δb_j—不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值，mm；

ΔLOCs-上、下层钢筋间距，cm；

ΔLOCs_上-上层钢筋距板顶距离，mm，90mm≤ΔLOCs_上≤1/2板厚；

计算不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j；

步骤三，根据不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j的计算公式：

式中：Δb′_j-不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值，mm；

ρ_上-上层钢筋配筋率，％，0.60％≤ρ_上≤1.20％；

ρ_下-下层钢筋配筋率，％，0.60％≤ρ_下≤1.20％；

计算不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j；

步骤四，根据Δb_j和Δb′_j值，确定出双层CRCP横向裂缝宽度控制值：

b_j≤0.5+[Δb_j，Δb′_j]min

式中：b_j-双层CRCP横向裂缝宽度控制值，mm；

双层CRCP横向裂缝宽度控制值b_j即为双层CRCP配筋率控制指标，可根据双层CRCP配筋率的控制指标确定双层CRCP的配筋率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，可以解决现行规范没有关于双层CRCP的配筋率控制指标的问题，而且确定的配筋率控制指标可用于配筋率设计，对科学合理地设计双层CRCP配筋率有重要意义，也可以填补现行行业规范关于双层CRCP配筋率设计的空白。

本发明提供的一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，是针对现行规范没有关于双层CRCP的配筋率控制指标的问题开展研发，首先初步推导出不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j的计算公式和不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j的计算公式。推导过程中运用弹性力学、理论力学等经典力学理论分析了温缩作用下双层CRCP的应力和位移方程，结合南方某双层CRCP实体工程数据验证了双层CRCP有限元模型，并以此为基础通过修改inp文件实现快速大量的模拟计算，计算过程中选取包括混凝土弹性模量(E_c)、钢筋弹性模量(E_s)、混凝土线膨胀系数(α_c)、钢筋线膨胀系数(α_s)在内的11项影响双层CRCP配筋率的设计参数，用L50(5¹¹)表设计配筋因子的正交实验方案运用有限元分析法对正交实验方案进行计算，以水泥混凝土板的最大应力σ_c、纵向钢筋最大应力σ_s、横向裂缝宽度b_j作为评价指标，通过极差分析、方差分析和显著性评价判断各设计参数的敏感性和影响水平的显著性，得出双层CRCP内钢筋位置和配筋率的不同组合变化对横向裂缝宽度和横向裂缝间距值带来较大差异，根据计算结果和双层CRCP的特点，结合工程经验和行业规范，确定出横向裂缝宽度控制值b_j为双层CRCP配筋率的控制指标；以运用数理统计和分析以横向裂缝宽度变化值为指标，研究由于下层钢筋产生的与钢筋位置(钢筋间距和上层钢筋距板顶距离)和配筋率两项配筋设计参数的取值水平变化时，双层CRCP横向裂缝宽度的变化规律；结合连续配筋混凝土路面工程应用中反馈的计算误差，对初步推导的公式进行反复调整、修正后得到Δb_j和Δb′_j的计算公式，结合工程经验及单层CRCP配筋率控制指标，确定出双层CRCP的配筋率控制指标：横向裂缝宽度控制值b_j。该配筋率控制指标的确定方法是全体发明人经过共同努力和反复研究取得的集体成果，并未参照已有研究成果中的计算公式。推导过程中，与现有研究方法相比，本发明的配筋率控制指标的确定方法更加科学合理。

对于双层CRCP配筋率设计，本发明提供的一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法可解决我国双层CRCP实体工程建设中配筋率采用保守设计而导致设计值偏大的问题。我国双层CRCP实体工程建设中，纵向配筋率设计一般按照现行规范中的计算公式分别对上、下层钢筋的配筋率进行计算，虽然这种方法可以有效改善面层结构内部的受力状态和路面结构的整体强度，并有效避免双层CRCP因裂缝而产生的后期病害，但是却过于保守，建设中增加配筋率会产生不必要的资源浪费和造价过高的问题。本发明可在满足工程要求的前提下，在合理范围降低双层CRCP纵向配筋率值，可以产生极大的社会经济价值。

本发明提供的一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，经过双层CRCP试验路的实践检验，在裂缝类病害控制中表现良好，均符合规范要求。且并未出现接缝处渗水、啃边、破碎等病害的问题，并在水系丰富或排水不畅的不良条件下具有更强的适应性。本发明有助于双层CRCP在我国城市道路和高速公路建设中的推广，为城市重载交通环境下的道路建设和高速公路路面结构选择提供更多建设方案。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，所描述的实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用以限制本发明。

实施例1

结合南方某双层CRCP实体工程数据，基本计算参数为：混凝土板厚h_c＝0.3m。混凝土材料采用C35，抗折强度f_r＝5.0MPa，弹性模量E_c＝31.5GPa，线膨胀系数α_c＝1.0×10^-5℃^-1，干缩应变ε_sh＝3.0×10^-4；上下层纵向钢筋均为HRB400，屈服强度f_sy＝400MPa，ΔT＝30℃。基层与CRC板间摩阻力系数K_c＝53.3MPa·m^-1。

步骤一，根据上述基本参数以及规范要求确定初步配筋方案，初拟上下层钢筋的配筋率及配筋位置。上层纵向钢筋直径d_s＝16mm，下层纵向钢筋直径d_s＝20mm，间距b＝160mm，上层钢筋配筋率ρ_上＝1.18％，下层钢筋配筋率ρ_下＝1.18％，弹性模量E_s＝2.0×10⁵MPa，线膨胀系数α_s＝1.2×10^-5℃^-1。上层钢筋距板顶距离ΔLOCs_上＝100mm，上、下层钢筋间距ΔLOCs＝10cm。

步骤二，根据不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j的计算公式：

Δb_j＝0.01734×ΔLOCs+0.00817×ΔLOCs_上-0.81947

＝0.01734×10+0.00817×100-0.81947

＝0.17093

式中：Δb_j-不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值，mm；

ΔLOCs-上、下层钢筋间距，cm；

ΔLOCs_上-上层钢筋距板顶距离，mm；

计算不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j＝0.17093；

步骤三，根据不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j的计算公式：

式中：Δb′_j-不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值，mm；

ρ_上-上层钢筋配筋率，％，0.60％≤ρ_上≤1.20％；

ρ_下-下层钢筋配筋率，％，0.60％≤ρ_下≤1.20％；

计算不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j＝0.23043；

步骤四，根据Δb_j和Δb′_j值，确定出双层CRCP横向裂缝宽度控制值：

b_j≤0.5+[Δb_j，Δb′_j]_min＝0.5+[0.17093，0.23043]_min＝0.67093

式中：b_j-双层CRCP横向裂缝宽度控制值，mm；

双层CRCP横向裂缝宽度控制值b_j＝0.67093mm即为双层CRCP配筋率控制指标，可根据双层CRCP配筋率的控制指标确定双层CRCP的配筋率。

Claims (1)

1.一种双层连续配筋混凝土路面配筋率控制指标的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，初拟上下层钢筋的配筋率及配筋位置；

步骤二，根据不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j的计算公式：

Δb_j＝0.01734×ΔLOCs+0.00817×ΔLOCs_上-0.81947

式中：Δb_j-不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值，mm；

ΔLOCs-上、下层钢筋间距，cm；

ΔLOCs_上-上层钢筋距板顶距离，mm，90mm≤ΔLOCs_上≤1/2板厚；

计算不同配筋位置下的横向裂缝宽度变化值Δb_j；

步骤三，根据不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j的计算公式：

式中：Δb′_j-不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值，mm；

ρ_上-上层钢筋配筋率，％，0.60％≤ρ_上≤1.20％；

ρ_下-下层钢筋配筋率，％，0.60％≤ρ_下≤1.20％；

计算不同配筋率下的横向裂缝宽度变化值Δb′_j；

步骤四，根据Δb_j和Δb′_j值，确定出双层CRCP横向裂缝宽度控制值：

b_j≤0.5+[Δb′_j，Δb′_j]_min

式中：b_j-双层CRCP横向裂缝宽度控制值，mm；

双层CRCP横向裂缝宽度控制值b_j即为双层CRCP配筋率控制指标。