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连续配筋水泥混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement,CRCP)是在纵向连续配置足够数量的钢筋,施工时不设接缝的一种高性能混凝土路面结构。以其显著的优点,在交通运输日益大流量、重型化的发展趋势下,应用前景十分广阔。因此,对于CRCP设计方法的研究具有深刻的意义。
现有试验路数据表明Punchout是CRCP的主要破坏形式。对其发生过程和机理分析,认为Punchout是荷载应力和温度应力综合作用下的纵向疲劳开裂,其产生的主要原因为小的横向裂缝间距、裂缝处的传荷能力降低、板底出现脱空和重复作用的车辆荷载。
应用ABAQUS有限元软件,建立了考虑裂缝传荷能力的有限元模型,详细分析了荷载作用下CRCP路面结构参数对路面结构力学响应和传荷系数的影响(裂缝边缘中部和板角位置)。确定裂缝宽度为影响CRCP裂缝传荷能力的主要因素,板厚、基层厚度和土基强度的影响不大。
对CRCP在单轴双轮标准轴载作用下的竖向位移进行分析,认为小板条板边为最可能出现脱空的位置。建立考虑板底脱空的三维有限元模型,分析不同脱空尺寸下CRCP的荷载应力,得出了脱空尺寸对荷载应力的影响规律。对影响脱空状态下荷载应力的各参数进行了敏感性分析。
采用正交设计和多元统计回归分析的方法,给出了包括板厚、脱空尺寸、裂缝宽度、基层厚度、基层模量、地基反应模量和混凝土模量的荷载应力计算公式。借助变荷载重复作用下混凝土的疲劳方程,推导出荷载疲劳应力计算公式。
综合以上分析,给出了以Punchout为极限破坏状态的CRCP设计方法,给出了设计流程图和设计实例。