CN110468648B - 一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法和系统。该方法包括如下步骤:以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,确定配筋混凝土板的最大节段长度;以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,确定配筋混凝土板的配筋率。本发明的技术方案可以进一步完善大间距配筋混凝土路面结构的体系设计,使大间距接缝配筋混凝土路面结构适用性及可实施性更强,促进其推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域,具体涉及一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法和系统。
背景技术
道路工程常用的水泥混凝土路面结构,由于接缝多且密集,行车舒适性比较差,且接缝和板角位置为水泥混凝土板的薄弱点,容易出现碎裂、唧泥和错台等质量病害,是引起整个路面破坏的“触发点”。传统的连续配筋混凝土路面虽然整体性好,但由于密集裂缝及Y形等不规则裂缝的出现,易产生冲断破坏等病害。同时,该路面结构形式为带裂缝工作状态,雨水易侵入路面结构内部,路面配筋也暴露在空气当中,路面结构耐久性受到影响。
为了解决水泥混凝土路面接缝多且密集及连续配筋混凝土路面带裂缝工作的问题,专利申请CN201810680467.3公开了一种大间距接缝配筋水泥混凝土路面结构形式,通过设置配筋混凝土板底滑动层,显著降低路面结构基础摩阻系数,同时把配筋混凝土板的节段长度控制在一定范围内(40至120m),从而使得配筋混凝土板不开裂,既克服了普通水泥混凝土板行车舒适性差的缺点,又将传统连续配筋混凝土路面由带裂缝工作状态转为非开裂工作状态,并避免由此而引起的一系列病害。但是,上述专利申请主要为该种路面结构形式的构造做法,并未给出具体的结构参数,当要付诸实际工程应用时,若仅依据其公开的节段长度数据范围,则难以符合不同实际工作条件,需要进行进一步研究工作。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法和系统。
第一方面,本发明提供了一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法,该方法包括如下步骤:
以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,确定配筋混凝土板的最大节段长度。
以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,确定配筋混凝土板的配筋率。
第二方面,本发明提供了一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计系统,该系统包括:
最大节段长度确定模块,用于以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,确定配筋混凝土板的最大节段长度。
配筋率确定模块,用于以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,确定配筋混凝土板的配筋率。
第三方面,本发明提供了一种高大间距接缝配筋混凝土路面结构设计装置,该装置包括存储器和处理器;所述存储器,用于存储计算机程序;所述处理器,用于当执行所述计算机程序时,实现如上所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法。
第四方面,本发明提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法。
本发明提供的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法和系统的有益效果是,对于不同的实际工作条件,设定不利工况受力模型,进而推导出不同板底介质条件下配筋混凝土板的最大节段长度及配筋率参数。进一步完善大间距配筋混凝土路面结构的体系设计,使大间距接缝配筋混凝土路面结构适用性及可实施性更强,促进其推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的大间距接缝配筋混凝土路面结构在干缩最不利工况下的受力分析模型图;
图2为本发明实施例的大间距接缝配筋混凝土路面结构在配筋计算的受力分析模型图;
图3为本发明实施例的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法的流程示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、配筋混凝土板,2、钢筋,3、基础接触界面,4、伸缩缝。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示,大间距接缝配筋混凝土路面结构包括多段配筋混凝土板1,其内部设置有钢筋2,相邻配筋混凝土板1之间设置有伸缩缝4,配筋混凝土板1下方抵接为基础接触界面3,具体地,配筋混凝土板1下方可设置隔离层与基层。
如图3所示,本发明实施例的一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法包括如下步骤:
以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,确定配筋混凝土板的最大节段长度。
具体地,上述干缩工况和温缩工况中,干缩工况为确定配筋混凝土板的最大节段长度的最不利工况。
以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,确定配筋混凝土板的配筋率。
具体地,上述工况下,所配钢筋可以承担混凝土板干缩或温缩时产生的拉应力。
在本实施例中,对于不同的实际工作条件,设定不利工况受力模型,进而推导出不同板底介质条件下配筋混凝土板的最大节段长度及配筋率参数。进一步完善大间距配筋混凝土路面结构的体系设计,使大间距接缝配筋混凝土路面结构适用性及可实施性更强,促进其推广应用。
优选地,该方法还包括如下步骤:
以设计基准期内行车荷载和温度梯度综合作用产生的面层板疲劳断裂作为设计标准,确定配筋混凝土板的厚度。
具体地,确定配筋混凝土板的厚度时,不考虑钢筋的作用,依照普通水泥混凝土结构的厚度设计方法,以设计基准期内行车荷载和温度梯度综合作用产生的面层板疲劳断裂作为设计标准。
需要注意的是,配筋混凝土板的厚度、最大节段长度及配筋率的计算过程的先后顺序并不受限。
优选地,确定配筋混凝土板的最大节段长度的过程包括:
根据第一公式确定配筋混凝土板的最大节段长度l0,所述第一公式为:
优选地,确定配筋混凝土板的配筋率的过程包括:
根据第二公式确定配筋混凝土板的配筋率β,所述第二公式为:
具体地,如图1所示的大间距接缝配筋混凝土路面结构在干缩最不利工况下的受力分析模型图,以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,该工况用以控制配筋混凝土板的节段长度。
配筋混凝土板中部的摩擦力F为:
其中,α表示考虑配筋混凝土板侧向约束因素的调整系数,μ表示配筋混凝土板与基础接触界面的摩阻系数,G表示配筋混凝土板的重力。式(1)即为第三公式。
G=ρ0·A0·l0·g (2)
其中,ρ0表示配筋混凝土板的密度,A0表示配筋混凝土板的截面积,g表示重力加速度。式(2)即为第四公式。
在配筋混凝土板干缩最不利状态下,由配筋混凝土板周边的摩擦阻力和钢筋压力的共同作用下,配筋混凝土板中部截面处混凝土拉应力应小于抗拉强度,以保证配筋混凝土板不开裂,即满足下式:
γc·σc·Ac=σs·As+F (3)
且有σc≤fc
其中,γc表示配筋混凝土板的路面可靠度系数,σc表示配筋混凝土板的拉应力,Ac表示配筋混凝土板的截面积,fc表示配筋混凝土板的抗拉强度,σs表示钢筋的应力,As表示钢筋的截面积。式(3)即为第七公式。需要注意的是,Ac与A0含义相同。
σs=Es·εs (4)
其中,Es表示钢筋的弹性模量,εs表示钢筋的压应变。式(4)即为第八公式。
且有εs=εsh-F/(Ec·Ac)
其中,εsh表示配筋混凝土板的干缩应变,为计算方便,且出于安全考虑,取εs=εsh。
如图2所示的大间距接缝配筋混凝土路面结构在配筋计算的受力分析模型图,该型路面结构需设置足够的钢筋,以保证配筋混凝土板在某些不利条件下发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体承受荷载。
其中,fs表示钢筋的抗拉强度,可取fs=0.75fsy,fsy为钢筋屈服强度。式(5)即为第六公式。
将式(4)、式(5)代入式(3)可得:
γc·σc·Ac=(Es·εsh/fs+1)·F
即第五公式。
将上式带入式(1)、式(2)可得:
即第一公式。
将式(1)、式(2)代入式(5)可得:
即第二公式。
本发明实施例的一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计系统包括:
最大节段长度确定模块,用于以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,确定配筋混凝土板的最大节段长度。
配筋率确定模块,用于以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,确定配筋混凝土板的配筋率。
在本发明另一实施例中,一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计装置包括存储器和处理器。所述存储器,用于存储计算机程序。所述处理器,用于当执行所述计算机程序时,实现如上所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法。
该装置可以为PC机等计算机装置。也就是说,上述方法可通过手动计算实现,也可通过计算机实现,或者结合二者而实现。
在本发明另一实施例中,一种计算机可读存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法。
读者应理解,在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,根据第一公式确定配筋混凝土板的最大节段长度,所述第一公式为:
其中,l0表示配筋混凝土板的最大节段长度,γc表示配筋混凝土板的路面可靠度系数,fc表示配筋混凝土板的抗拉强度,α表示考虑配筋混凝土板侧向约束因素的调整系数,μ表示配筋混凝土板与基础接触界面的摩阻系数,Es表示钢筋的弹性模量,εsh表示配筋混凝土板的干缩应变,fs表示钢筋的抗拉强度,ρ0表示配筋混凝土板的密度;
以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,根据第二公式确定配筋混凝土板的配筋率,所述第二公式为:
其中,β表示配筋混凝土板的配筋率,g表示重力加速度。
4.根据权利要求3所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法,其特征在于,根据第七公式、第八公式、第三公式、第六公式、εs=εsh确定第五公式;
所述第七公式为:
γc·σc·Ac=σs·As+F;
其中,σs表示钢筋的应力;
所述第八公式为:
σs=Es·εs;
其中,εs表示钢筋的压应变。
5.根据权利要求3所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法,其特征在于,所述方法还包括如下步骤:
以设计基准期内行车荷载和温度梯度综合作用产生的面层板疲劳断裂作为设计标准,确定配筋混凝土板的厚度。
6.一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计系统,其特征在于,所述系统包括:
最大节段长度确定模块,用于以配筋混凝土板在干缩或温缩工况下受到板底及两侧的磨阻约束而不开裂作为临界状态,根据第一公式确定配筋混凝土板的最大节段长度,所述第一公式为:
其中,l0表示配筋混凝土板的最大节段长度,γc表示配筋混凝土板的路面可靠度系数,fc表示配筋混凝土板的抗拉强度,α表示考虑配筋混凝土板侧向约束因素的调整系数,μ表示配筋混凝土板与基础接触界面的摩阻系数,Es表示钢筋的弹性模量,εsh表示配筋混凝土板的干缩应变,fs表示钢筋的抗拉强度,ρ0表示配筋混凝土板的密度;
配筋率确定模块,用于以保证配筋混凝土板发生断裂时,由于钢筋的约束作用使得配筋混凝土板仍能作为一个整体而承受荷载作为条件,根据第二公式确定配筋混凝土板的配筋率,所述第二公式为:
其中,β表示配筋混凝土板的配筋率,g表示重力加速度。
7.一种大间距接缝配筋混凝土路面结构设计装置,其特征在于,所述装置包括存储器和处理器;
所述存储器,用于存储计算机程序;
所述处理器,用于当执行所述计算机程序时,实现如权利要求1至5任一项所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1至5任一项所述的大间距接缝配筋混凝土路面结构设计方法。
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