CN114117623A - 连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法及计算机设备 - Google Patents
连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法及计算机设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法及计算机设备，步骤包括：S01.对待评估CRCP路面进行建模，并根据待评估路面横向裂缝的挠度传荷系数，控制模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉；S02.计算CRCP路面模型中不同挠度传荷系数下对应的应力折减系数，得到应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数；S03.计算CRCP路面模型在不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数，构建得到应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数；S04.根据实际路面厚度使用回归函数计算得到对应的应力折减系数，使用应力折减系数得到评估结果。本发明具有实现方法简单、评估效率以及精度高且安全可靠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及道路性能评估技术领域，尤其涉及一种连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法及计算机设备。
背景技术
连续配筋混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement，CRCP)是一种在面板内配有足够数量的纵向连续钢筋和一定数量起支撑作用的横向钢筋的混凝土路面结构，其整体强度、耐久性均优于普通混凝土路面。CRCP的结构应力主要由温缩应力和干缩应力组成。由于水泥混凝土材料的收缩性较大，CRCP的主要病害是横向裂缝。横向裂缝宽度的增大会引起传荷能力的减弱，若有雨水通过横向裂缝和路面板边缘渗入板底，会引起基层的支撑力不足，引发CRCP更严重的冲断破坏。连续配筋混凝土路面的纵向钢筋主要作用即是控制横向裂缝拓宽和提高裂缝的传荷能力。因此，对于CRCP横向裂缝传荷特性的评估具有重要意义。
针对于路面横向裂缝传荷特性，现有技术中通常仅是针对普通水泥路，采用挠度传荷系数(LTE)的方式评估横向裂缝传荷能力，即通过量测水泥路的路面板两侧弯沉进而计算出挠度传荷系数，由挠度传荷系数的大小表征路面的横向裂缝传荷能力。如在《AASHTO-2002》中即明确将挠度传荷系数作为表征传荷能力的参数，并将其用于配筋设计。但是，由于CRCP路面与普通水泥路面的特性不同，CRCP路面产生横向裂缝传荷的机理与普通水泥路面不同，挠度传荷系数并不能准确的表征CRCP路面横向裂缝的传荷能力，对比相同传荷能力的普通水泥混凝土路面，采用挠度传荷系数评价CRCP路面横向裂缝传荷能力的精度以及可靠性不高，因此上述传统基于挠度传荷系数的传荷能力评估方式并不适用于CRCP路面横向裂缝的传荷特性评价。
如采用上述传统基于挠度传荷系数的评估方法对一实体工程CRCP路面（通车初期的CRCP路面）横向裂缝传荷能力进行检测试验，首先采用落锤式弯沉仪(FWD)共检测点位390个，以挠度传荷系数为指标对其进行评价，检测结果为横向裂缝处板底脱空状态良好，优良率为99.5%，但裂缝传荷能力评价为优、良占比率较低，优良（62块）占比：15.8%，中（305块）占比78.2%，次（19块）占比4.8%，差（6块）占比1.53%，而实际上对于通车初期CRCP路面横向裂缝，承受的轴载作用次数与雨水冲刷较少，路面裂缝宽度、板底脱空状况以及骨料啮合作用等条件均处于较好的水平，使得路面板横向裂缝满足较好的服役性能，因此具有较强的传荷能力，而上述检测结果中横向裂缝传荷能力评价为优良占比较低与工程实际相悖。从检测试验结果可知上述传统基于挠度传荷系数的评估方法对CRCP路面横向裂缝传荷能力评估时会存在较大的误差。
综上，传统述基于挠度传荷系数的评估方法不适用于CRCP路面横向裂缝传荷特性的评价，因此亟需提供一种适用于对CRCP路面横向裂缝传荷特性进行评估的评估方法，以使得能够结合对CRCP路面横向裂缝传荷机理，提高评估的精度以及可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、评估效率以及精度高、安全可靠的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法及计算机设备。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，步骤包括：
S01.对待评估CRCP路面进行建模，并根据待评估路面横向裂缝的挠度传荷系数，控制建模得到的CRCP路面模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉；
S02.计算所述CRCP路面模型中不同挠度传荷系数下对应的应力折减系数，得到路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，所述应力折减系数根据受荷板板底最大水平应力数据计算得到；
S03.计算所述CRCP路面模型在不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数，并根据所述关系函数构建得到不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数；
S04.根据待评估CRCP的实际路面厚度使用所述回归函数计算得到对应的应力折减系数，使用计算的所述应力折减系数得到待评估CRCP路面横向裂缝传荷能力的评估结果。
进一步的，所述步骤S01的步骤包括：
S101.在待评估CRCP路面横向裂缝一侧施加半正弦波动态荷载，并测量路面板两侧弯沉，计算得到对应的挠度传荷系数；
S102.控制所述CRCP路面模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉与实际待评估路面横向裂缝两侧弯沉一致，以使得所述CRCP路面模型计算的挠度传荷系数与实际待评估路面横向裂缝的挠度传荷系数之间的差值不超过预设阈值。
进一步的，所述应力折减系数的计算表达式具体为：
其中，LT为所述应力折减系数，
为横向裂缝具有传荷能力时受荷板板底最
大水平应力，
为横向裂缝处仅纵向钢筋承担荷载传递时受荷板板底最大水平应力。
进一步的，所述步骤S02中，所述路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数为：
其中，LT为所述应力折减系数，LTE为所述挠度传荷系数，a、b分别为关系函数的系数。
进一步的，所述步骤S03中，所述不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数为：
其中，LT为所述应力折减系数，LTE为所述挠度传荷系数，h为CRC路面板厚度，α、β、γ分别为回归系数。
进一步的，所述步骤S03中还包括求解所述回归函数中回归系数步骤，包括：
S301.将构建的所述不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数转化为线性方程；
S302.根据所述线性方程以及多组试验数据，得到多元线性回归方程；
S303.令所述多元线性回归方程的残差平方和最小，计算出所述多元线性回归方程中各系数，即为所述回归函数中所述回归系数。
进一步的，所述步骤S301中，将构建的所述回归函数对应的方程两边取自然对数以转化为线性方程：
令
，
，
，
，即因变量为y，自变量为x 1，x 2，
则：
；
所述步骤S302中，根据x 1、x 2与y的多组试验数据得到所述多元线性回归方程
其中，α0为常数项，β为
对x 1的偏回归系数，γ为
对x 2的偏回归系数，
为得到的
预测值；
所述步骤S303中，构建所述多元线性回归方程的残差平方和表示为：
其中，y i 为试验值，
为根据回归方程得到的预测值，n为试验次数；
将所述残差平方和分别对α0和β、γ求偏导数，构建出正规方程组：
求解所述正规方程组得到系数
和β、γ；
由求解得到的系数构建得到回归方程
。
进一步的，所述步骤S03中还包括对构建的回归方程进行显著性分析和/或方差分析，根据分析结果评估所述回归方程与试验数据之间的拟合性能，所述显著性分析中计算总偏差平方和、回归平方和、残差平方和以及所述总偏差平方和的自由度、所述回归平方和的自由度、所述残差平方和的自由度，根据计算的各平方和以及自由度计算平均偏差平方和，对所述平均偏差平方和使用F检验法进行显著性检验。
进一步的，所述步骤S04中，如果计算的所述应力折减系数大于预设阈值，则判定待评估CRCP路面横向裂缝传荷能力满足预设要求，如果计算的所述应力折减系数小于预设阈值则判定需要进行局部修复。
一种计算机设备，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过基于应力折减系数实现CRCP横向裂缝传荷特性评估，首先对待评估CRCP路面进行建模，然后计算模型中路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，进而计算模型在不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数，得到不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数，借助于该回归函数即可以计算出实际路面厚度所对应的应力折减系数，得到CRCP路面横向裂缝传荷能力的评估结果，能够充分结合CRCP路面横向裂缝的传荷机理，精准、高效的实现CRCP路面中横向裂缝传荷特性的评估。
2、本发明进一步结合显著性检验方式，可以确保回归函数构建的精度，从而进一步提高评估的精度及可靠性。
3、本发明进一步结合取对数方法与最小二乘原理，可以将非线性方程转化为线性方程，简单、高效的求解出回归函数的系数，从而构建得到精准的不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数。
附图说明
图1是本实施例连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法的实现流程示意图。
图2是本实施例弯沉量测的传感器布设原理示意图。
图3是本发明具体应用实施例中实现续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性评估的详细实现流程示意图。
图例说明： 1、横向裂缝；2、圆形承载板；3、D0弯沉传感器；4、直接受荷板；5、相邻板；6、D1弯沉传感器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法的步骤包括：
S01.对待评估CRCP进行建模，并根据待评估路面横向裂缝的挠度传荷系数，控制建模得到的CRCP路面模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉；
S02.计算CRCP模型中不同挠度传荷系数下对应的应力折减系数(LT)，得到路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，应力折减系数根据受荷板板底最大水平应力数据计算得到；
S03.计算CRCP模型在不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数，并根据关系函数构建得到不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数；
S04.根据待评估CRCP的实际路面厚度使用回归函数计算得到对应的应力折减系数，使用计算的应力折减系数得到待评估CRCP横向裂缝传荷能力的评估结果。
考虑CRCP横向裂缝的传荷（荷载传递）机理：CRCP在面板内配有足够数量的纵向连续钢筋和一定数量起支撑作用的横向钢筋，结构应力主要由温缩应力和干缩应力组成，横向裂缝宽度的增大会引起传荷能力的减弱，若有雨水通过横向裂缝和路面板边缘渗入板底，会引起基层的支撑力不足，引发CRCP更严重的冲断破坏，纵向钢筋主要作用即是控制横向裂缝拓宽和提高裂缝的传荷能力，而应力折减系数为根据路面受荷板板底最大水平应力数据计算得到的参数，可以表征路面受荷板板底最大水平应力状态，基于应力折减系数可以更准确、科学的描述CRCP横向裂缝荷载传递机理。
本实施例基于上述CRCP路面横向裂缝的传荷机理，通过基于应力折减系数实现CRCP横向裂缝传荷特性评估，首先对待评估CRCP进行建模，然后计算模型中路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，进而计算模型在不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数，得到不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数，借助于该回归函数即可以计算出实际路面厚度所对应的应力折减系数，得到CRCP路面横向裂缝传荷能力的评估结果，能够充分结合CRCP横向裂缝的传荷机理，精准、高效的实现CRCP中横向裂缝传荷特性的评估。
上述评估结果可以进一步作为CRCP路面设计与养护的参考及依据，由于评估结果精准，还可以减少不必要的养护与维修，降低工程成本。
本实施例中步骤S01的步骤包括：
S101.在待评估CRCP的横向裂缝一侧施加半正弦波动态荷载，并测量路面板两侧弯沉，计算得到对应的挠度传荷系数；
S102.控制CRCP路面模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉与实际待评估路面横向裂缝两侧弯沉一致，以使得CRCP模型计算的挠度传荷系数与实际待评估路面横向裂缝的挠度传荷系数之间的差值不超过预设阈值。
本实施例首先基于大型有限元软件ABAQUS对待评估CRCP结构进行建模，为了确保模型构建的精度，需要使得模型与实际CRCP路面的应力、应变状态尽可能的接近，但是对路面板的应力、应变状态不易于直接测量获得，不仅实现复杂、成本高且难以获得精确的量化值，而路面板的挠度可以直接通过简单的测定方法准确测量，因此本实施例首先采用弯沉作为初始计算参数，计算出挠度传荷系数（LTE），基于该挠度传荷系数来控制模型横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉，使得CRCP模型计算的挠度传荷系数与实际测量的挠度传荷系数之间的差值不超过预设阈值（如5%），也即使得模型的挠度传荷系数与实测之间的误差足够小，从而确保模型构建的精度。
上述步骤S101中，具体采用FWD（落锤式弯沉仪）对路面横向裂缝两侧施加半正弦波动态荷载，根据位移传感器量测路面板两侧弯沉，弯沉量测的传感器布设如图2所示，各布设点位具体包括横向裂缝1、圆形承载板2、D0弯沉传感器3、直接受荷板4、相邻板5、以及D1弯沉传感器6。计算挠度传荷系数的表达式具体为：
其中，LTE（%）为挠度传荷系数，w u为间接受荷板的最大挠度，具体由D1弯沉传感器处测得的弯沉表示；w 1为直接受荷板的最大挠度，具体由D0弯沉传感器测得的弯沉表示。
按照上式（1）计算出挠度传荷系数后，控制横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉与实际横向裂缝两侧弯沉一致，使得模型计算的挠度传荷系数与实测相比误差不超过（5%）。
本实施例中，应力折减系数的计算表达式具体为：
其中，LT为所述应力折减系数，
为横向裂缝具有传荷能力时受荷板板底最
大水平应力，
为横向裂缝处仅纵向钢筋承担荷载传递时受荷板板底最大水平应力。
根据模型得到的受荷板板底最大水平应力数据按照上式（2）即可计算出应力折减系数（LT）值，由该应力折减系数可以表征裂缝的传荷能力，通过应力折减系数的大小即可准确的表征裂缝的传荷能力状况，如当LT≥25时表明CRC路面横向裂缝的传荷能力较好。
考虑不同路面厚度对路面力学性能的影响，本实施例进一步建立不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数之间的关系，采用建立的挠度传荷系数与应力折减系数之间的关系函数，可进一步计算得到不同挠度传荷系数及路面板厚度下对应的应力折减系数。
本实施例步骤S02中，路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数具体为：
其中，LT为所述应力折减系数，LTE为所述挠度传荷系数，a、b分别为关系函数的系数。
本实施例通过计算不同挠度传荷系数下对应的应力折减系数，可以初步得到路面横向裂缝应力折减系数与挠度传荷系数之间的变化规律，如式（3）所示，基于该变化规律后续可进一步得到不同板厚度下的应力折减系数与挠度传荷系数。进一步还可以计算上述拟合函数的R²，通过复相关系数检验得到回归方程的高度显著，根据所建立的回归方程与试验数据之间的拟合度判定上述关系函数的准确性，最终确定LT与LTE之间存在的指数对应关系。
本实施例步骤S03中，不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数具体为：
其中，LT为所述应力折减系数，LTE为所述挠度传荷系数，h为CRC路面板厚度，α、β、γ分别为回归系数。
本实施例通过调整有限元模型中CRC板的厚度
，可以得到不同路面板厚度下LTE
与LT的对应关系，结合应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，结合现行规范中普
通混凝土路面板的荷载应力的计算公式各自变量与因变量呈指数关系的特性，回归函数形
式使用指数函数，最终得到如式（4）所示的回归函数。
本实施例步骤S03中还包括求解回归函数中回归系数步骤，包括：
S301.将构建的不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数转化为线性方程；
S302.根据线性方程以及多组试验数据，得到多元线性回归方程；
S303.令多元线性回归方程的残差平方和最小，计算出多元线性回归方程中各系数，即为回归函数中回归系数。
如式（4）所示初拟的回归函数是一个非线性方程，对于非线性方程的数学回归比较复杂，本实施例通过采用对方程两边取自然对数的方法将非线性方程转化为线性方程，然后通过试验测得多组数据来得到多元线性回归方程，进而根据最小二乘原理，令多元线性回归方程的残差平方和最小，即可求得其中的各系数，也即求解出回归函数中回归系数。
在具体应用实施例中，上述求解回归函数中回归系数，得到回归方程的详细步骤为：
首先，将构建的回归函数对应的方程两边取自然对数以转化为线性方程：
令
，
，
，
，即因变量为y，自变量为x 1，x 2，
则：
；
然后以因变量为y、自变量为x 1，x 2，通过试验测得n组数据为：
根据x 1，x 2与y的多组试验数据得到多元线性回归方程：
其中，α0为常数项，β为
对x 1的偏回归系数，γ为
对x 2的偏回归系数，
为得到的
预测值；
再根据最小二乘原理，令多元线性回归方程的残差平方和最小，即可求得其中的系数α0和β、γ，具体包括：
构建多元线性回归方程的残差平方和表示为：
其中，y j 为第j次试验值，
为根据回归方程得到的预测值，n为试验次数；
将残差平方和分别对α0和β、γ求偏导数可得：
构建出正规方程组为：
求解上述正规方程组得到系数
和β、γ；
由求解得到的系数即可构建得到回归方程
。
本实施例步骤S03中还包括对构建的回归方程进行显著性分析和/或方差分析，根据分析结果评估回归方程与试验数据之间的拟合性能，显著性分析中计算总偏差平方和、回归平方和、残差平方和以及总偏差平方和的自由度、回归平方和的自由度、残差平方和的自由度，计算回归平方和以及残差平方和的平均偏差平方和，对平均偏差平方和使用F检验法进行显著性检验。本实施例得到如式（4）所示的回归函数后，通过计算函数的R²（直积），通过复相关系数检验回归方程的显著性，根据所建立的回归方程与试验数据拟合情况，可以预估LT与LTE之间存在的对应关系，使得可以将LT作为表征CRCP横向裂缝传荷能力的指标。
本实施例对回归方程进行显著性分析时，各参数具体按如下计算得到：
总偏差平方和：
其中，y j 为第j次试验值，
为试验值的算术平均值，n为试验次数。
回归平方和：
其中，
为第j次根据回归方程得到的预测值，
为试验值的算术平均值。
残差平方和：
各因素自由度的计算公式为：
其中，f T 为总偏差平方和的自由度，f R 为回归平方和的自由度，f e 残差平方和的自由度。
各自由度三者存在的关系：
f T= f R + f e （14）
各平均偏差平方和具体为：
其中，V R 为回归平均偏差平方和。
其中，V e为残差平均偏差平方和。
采用F检验法具体按照下式进行显著性检验：
本实施例步骤S04中，具体如果计算的应力折减系数大于预设阈值，则判定待评估CRCP路面横向裂缝传荷能力满足预设要求，如果计算的应力折减系数小于预设阈值则判定需要进行局部修复。在具体应用实施例中，设置如果计算得到的应力折减系数满足LT≥25%，则判定为优，建议对应力折减系数小于25%的路面板板底脱空进行检测，判断需要灌浆处理的区域，以及对接缝传荷评价为中及以下的区域进行局部修复，且能够满足刚性路面设计规范、机场道面设计规范对传荷能力的要求。
以下以在具体应用实施例中采用本发明上述方法进行CRCP路面横向裂缝传荷特性评估为例，对本发明进行进一步说明。
本实施例中CRCP路面实体工程基本计算参数具体为：CRC路面板实际厚度为24cm、宽度为4.0m，配筋率钢筋配置为纵向Φ18@300mm、横向Φ14@500mm，平均裂缝宽度0.5mm。如图3所示，本实施例实现CRCP路面横向裂缝传荷特性评估的详细步骤为：
步骤一，采用FWD对路面横向裂缝一侧施加半正弦波动态荷载，根据位移传感器量测路面板两侧弯沉，计算得到各个点位挠度传荷系数，具体共检测点位390个，按照式（1）计算挠度传荷系数。
步骤二，基于大型有限元软件ABAQUS对CRCP路面进行建模分析，控制模型的横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉与实际横向裂缝两侧弯沉一致，使得模型计算的挠度传荷系数与实测相比误差不超过5%。
步骤三，根据模型得到的受荷板板底最大水平应力数据，采用如式（2）计算应力折
减系数
以表征裂缝的传荷能力。
步骤四，计算不同挠度传荷系数下对应的应力折减系数，初步得到路面横向裂缝应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，具体为：
计算该拟合函数的R² = 0.9965，通过复相关系数检验得到回归方程的高度显著，并判断到所建立的回归方程与试验数据拟合较好，因而LT与LTE之间存在的指数对应关系。
步骤五，调整有限元模型中CRCP板的厚度h，得到不同板厚下LTE对应的LT数据，共计n=48组。结合步骤四得到的关系函数，初拟回归函数形式为指数函数且具体如式（4）所示。
步骤六，对如式（4）的方程两边取自然对数的方法将非线性方程转化为线性方程，
得到如式（5）所示，即
；进一步令
，
，
，
，
，以因变量为y、自变量为x 1，x 2，通
过试验测得n=48组数据为：
；使用试验得到的48组数据按照式（6）构
建多元线性回归方程，即为
。
步骤七，根据最小二乘原理令多元线性回归方程的残差平方和最小，可求得α0和β、γ，具体为：
多元线性回归方程的残差平方和具体表示为：
将残差平方和分别对α0和β、γ求偏导数可得：
由此可得如下正规方程组：
解此正规方程组，即可求得系数
和β、γ分别为0.007、3.7662、
1.5275，则得到的回归方程为：
步骤八，对得到的回归方程进行显著性分析，方差分析，各参数计算具体为：
总偏差平方和：
回归平方和：
残差平方和：
各因素自由度的计算：
其中，f T 为总偏差平方和的自由度，f R 为回归平方和的自由度，f e 残差平方和的自由度。
上述三满足存在的关系：f T= f R + f e
各平均偏差平方和为：
采用F检验法进行显著性检验：
经计算得到F R =381.6，且F R 服从自由度为（2，45）的F分布，在给定的显著性水平α=0.05下，从F分布表中查得F R （2,40）为2.84，由于F>F 0.05（2,40）＞F 0.05（2,45），故回归方程高度显著，其中R2=0.9443，用复相关系数检验法可以得到同样的结论，即所建立的回归方程与试验数据拟合较好。
步骤九，通过步骤七建立的回归函数，可计算得到在路面厚度h为24cm时不同挠度传荷系数对应的LT值，当LT≥25%时传荷能力评价为优。则经过重新计算与评价之后，结果显示优良（267块）占比：83.9%，较原来以LTE评价的结果优良率增加68.1%。评价结果符合路面板脱空状况良好、道路运营初期横向裂缝承受交通荷载较少的工程实际。重新计算评价后的结果可大大减少工程量，避免不必要的养护与维修，节省工程成本，进一步建议对应力折减系数小于25%的路面板检查其板底脱空，判断需要灌浆处理的区域，以及对接缝传荷评价为低于预设要求的区域进行局部修复。
本实施例还提供计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序，处理器用于执行计算机程序以执行如上述方法。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，步骤包括：
S01.对待评估CRCP路面进行建模，并根据待评估路面横向裂缝的弯沉实测数据与计算的到的挠度传荷系数，控制建模得到的CRCP路面模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉；
S02.计算所述CRCP路面模型中不同挠度传荷系数下对应的应力折减系数，得到路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数，所述应力折减系数根据受荷板板底最大水平应力数据计算得到；
S03.计算所述CRCP路面模型在不同板厚下的挠度传荷系数与应力折减系数，并根据所述关系函数构建得到不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数；
S04.根据待评估CRCP路面的实际路面厚度使用所述回归函数计算得到对应的应力折减系数，使用计算的所述应力折减系数得到待评估CRCP路面横向裂缝传荷能力的评估结果。
2.根据权利要求1所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S01的步骤包括：
S101.在待评估CRCP路面的横向裂缝一侧施加半正弦波动态荷载，并测量路面板裂缝两侧弯沉，计算得到对应的挠度传荷系数；
S102.控制所述CRCP路面模型中横向裂缝两侧路面板在荷载作用下的弯沉与实际待评估路面横向裂缝两侧弯沉一致，以使得所述CRCP路面模型计算的挠度传荷系数与实际待评估路面横向裂缝的挠度传荷系数之间的差值不超过预设阈值。
3.根据权利要求1所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述应力折减系数的计算表达式具体为：
其中，LT为所述应力折减系数，
为横向裂缝具有传荷能力时受荷板板底最大水
平应力，
为横向裂缝处仅纵向钢筋承担荷载传递时受荷板板底最大水平应力。
4.根据权利要求1所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S02中，所述路面横向裂缝的应力折减系数与挠度传荷系数之间的关系函数为：
其中，LT为所述应力折减系数，LTE为所述挠度传荷系数，a、b分别为关系函数的系数。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S03中，所述不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数为：
其中，LT为所述应力折减系数，LTE为所述挠度传荷系数，h为CRC路面板厚度，α、β、γ分别为回归系数。
6.根据权利要求5所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S03中还包括求解所述回归函数中回归系数步骤，包括：
S301.将构建的所述不同路面板厚度下应力折减系数与挠度传荷系数之间的回归函数转化为线性方程；
S302.根据所述线性方程以及多组试验数据，得到多元线性回归方程；
S303.令所述多元线性回归方程的残差平方和最小，计算出所述多元线性回归方程中各系数，即为所述回归函数中所述回归系数。
7.根据权利要求6所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S301中，将构建的所述回归函数对应的方程两边取自然对数以转化为线性方程：
令
，
，
，
，即因变量为y，自变量为x 1，x 2，则：
；
所述步骤S302中，根据x 1、x 2与y的多组试验数据得到所述多元线性回归方程：
其中，α0为常数项，β为
对x 1的偏回归系数，γ为
对x 2的偏回归系数，
为得到的预测
值；
所述步骤S303中，构建所述多元线性回归方程的残差平方和表示为：
其中，y i 为试验值，
为根据回归方程得到的预测值，n为试验次数；
将所述残差平方和分别对α0和β、γ求偏导数，构建出正规方程组：
求解所述正规方程组得到系数
和β、γ；
由求解得到的系数构建得到回归方程
。
8.根据权利要求7所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S03中还包括对构建的回归方程进行显著性分析和/或方差分析，根据分析结果评估所述回归方程与试验数据之间的拟合性能，所述显著性分析中计算总偏差平方和、回归平方和、残差平方和以及所述总偏差平方和的自由度、所述回归平方和的自由度、所述残差平方和的自由度，根据计算的各平方和以及自由度计算平均偏差平方和，对所述平均偏差平方和使用F检验法进行显著性检验。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷特性的评估方法，其特征在于，所述步骤S04中，如果计算的所述应力折减系数大于预设阈值，则判定待评估CRCP路面横向裂缝传荷能力满足预设要求，如果计算的所述应力折减系数小于预设阈值则判定需要进行局部修复。
10.一种计算机设备，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如权利要求1～9中任意一项所述方法。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201351253Y (zh) * | 2009-01-09 | 2009-11-25 | 长沙理工大学 | 一种连续配筋混凝土路面 |
| CN103556565A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-05 | 湖南大学 | 一种不同性能混凝土梁的连接构造 |
| CN105948609A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-09-21 | 长安大学 | 一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法 |
| CA3046688A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-15 | The Fort Miller Co., Inc. | Precast concrete panel patch system for repair of continuously reinforced concrete |
| CN111339669A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 长安大学 | 基于密集裂缝处冲断预估的crcp配筋率设计方法 |
| CN112507426A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 中冶南方城市建设工程技术有限公司 | 有效控制连续配筋混凝土路面裂缝形态的变配筋设计方法 |
| CN113654504A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-16 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 一种基于裂缝表观特征的预应力混凝土梁桥评定方法 |
| CN113868925A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-31 | 广西路桥工程集团有限公司 | 一种折减系数确定方法和托架结构的设计方法 |
-
2022
- 2022-01-26 CN CN202210094109.0A patent/CN114117623B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201351253Y (zh) * | 2009-01-09 | 2009-11-25 | 长沙理工大学 | 一种连续配筋混凝土路面 |
| CN103556565A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-05 | 湖南大学 | 一种不同性能混凝土梁的连接构造 |
| CN105948609A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-09-21 | 长安大学 | 一种连续配筋混凝土路面膨胀剂掺量确定方法 |
| CA3046688A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-15 | The Fort Miller Co., Inc. | Precast concrete panel patch system for repair of continuously reinforced concrete |
| CN111339669A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 长安大学 | 基于密集裂缝处冲断预估的crcp配筋率设计方法 |
| CN112507426A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 中冶南方城市建设工程技术有限公司 | 有效控制连续配筋混凝土路面裂缝形态的变配筋设计方法 |
| CN113654504A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-16 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 一种基于裂缝表观特征的预应力混凝土梁桥评定方法 |
| CN113868925A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-31 | 广西路桥工程集团有限公司 | 一种折减系数确定方法和托架结构的设计方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 赵纪飞: "连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷作用的数值模拟和敏感性分析", 《公路交通科技》 * |
| 鞠达，等: "连续配筋混凝土路面的冲断破坏及其影响因素", 《华东公路》 * |
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