斜向预应力水泥混凝土路面不拱起最小长度研究.doc

1、斜向预应力水泥混凝土路面不拱起最小长度研究摘要：本文主要从温度角度阐述了水泥混凝土路面拱起的形成原因,分析并建立斜向预应力水泥混凝土路面基于温度变化情况下的路面拱起力学模型，并确定理想情况下路面温度不拱起最小长度。 关键词：斜向预应力水泥混凝土路面；不拱起；悬链线；最小长度；温度 中图分类号：TU528.45 文献标识码：A 文章编号： Reseach on the minimal not arching length of slant prestressed cement concrete pavement ZHANG Dong-sheng1，BI Yu2，FENG Zhan3，YANG Q

2、ing-yu1 （1.Shaanxi Provincial Communication Construction Group,Xi,an,710075,China; 2.Changsha University of Science Technology,Changsha,410004,China;） 3.Hunnan Technical College of Water Resources and Hydro Power,410131,China) Abstract:This paper mainly expounds the formed reason of cement concrete

3、pavement arching from the angle of temperature，Analyses and establishes the mechanical model of slant prestressed cement concrete pavement arching based temperature，and determines the minimal not arching length of pavement under the ideal of situation. Key words: slant prestressed cement concrete pa

4、vement； not arching；catenary； minimal length；temperature 引言 我国公路修建水泥混凝土路面已有 80 余年的历史。截止 2011 年底，我国已建成水泥混凝土路面 64.64 万公里，占高级路面总里程 99.65 万公里的 64.9%。20 世纪 80 年代建成的水泥混凝土路面已接近使用年限，90 年代上半期建成的水泥混凝土路面也由于特重、重交通量和超轴载的强大破坏作用，陆续开始损坏。因此，水泥混凝土路面养护工作的任务越来越繁重。特别是近年来，随着国民经济的快速发展，交通荷载的日益重型化，交通量大幅增长，水泥路面病害已经凸显出来。水泥混凝土

5、路面的病害主要有两类：混凝土板本身的破坏；接缝的破坏，包括挤碎、拱起、错台、唧泥、脱空等。本文主要介绍拱起病害的形成原因、预防及治理措施。 1 水泥混凝土路面拱起的定义 拱起是指纵向相邻两块面板或多块面板相对其临近面板的平面向上的拱起1。水泥混凝土路面拱起损坏状况分为轻中重三个等级。轻度等级，车辆以限速驶过时仅引起舒适感的轻微跳动；中度等级，车辆驶过时产生不舒适感的较大跳动；重度等级，车辆驶过时产生过大的跳动，引起严重不舒适或不安全。 2 拱起形成机理 水泥混凝土路面拱起主要是因胀缝失效。根据“热胀冷缩”原理，低温时路面处于收缩状态，路面温度升高时，水泥混凝土体积膨胀，路面纵向板块因相邻板块相

6、互阻碍而不能自由伸缩，只有向上拱起用以容纳体积的增加量，如此便形成了水泥混凝土路面的拱起。这是由于板收缩时缝隙张开，填缝料失效，坚硬碎屑等不可压缩材料塞满缝隙，使板在膨胀时不能恢复原位，产生较大的热压应力，从而出现纵向压曲失稳。3 路面拱起的主要原因 非高温季节施工时，胀缝设置间距过长或失效。 接缝内嵌入硬物。 夏季连续高温，使板体热胀。 拱起病害通常发生在春季和炎热夏季，横向接缝或裂缝处板块由于膨胀受阻而出现突发性的向上隆起，有时还伴随出现临近板块的横向断裂。 4 斜向预应力水泥混凝土路面不拱起力学模型建立及不拱起最小长度确定 斜向预应力水泥混凝土路面 传统混凝凝土路面由于横向接缝大量存在，

7、不可避免的会出现拱起、断裂、错台等病害，从而影响整个混凝土路面的使用质量 。此外，因为这些病害所做的大量养护工作不仅浪费时间资金还会因为封闭交通而影响路面畅通。为改善传统混凝土路面的不足，适应交通运输的发展，2008 年西安公路研究院院长张东省带领的科技开发团队提出斜向无粘结预应力水泥混凝土新型路面形式，并针对其进行研究。 斜向预应力水泥混凝土路面定义，以一定角度在水泥混凝土路面内部布置双斜向预应力交叉钢筋，在混凝土浇筑完成后，根据混凝土强度的变化对斜向预应力钢筋进行一次和二次张拉，张拉时对称钢筋同时张拉。这样便在混凝土路面内部产生横向和纵向两个方向的约束力，可以有效的防止和减少纵横向接缝存在

8、而产生的路面损害，从而提高路面行车舒适性和使用寿命。具体示意图见图 12。 图 1 斜向预应力水泥混凝土路面示意图 Fig.1 The schematic diagram of slant prestressed cement concrete pavement （2）不拱起力学模型建立及不拱起最小长度确定 因为斜向预应力水泥混凝土路面的特点，路面板可以浇筑成很长的一段连续不间断板块，而在气温升高时，长路面板承受纵向压力，有可能发生失稳。但由于板下路基的约束和板自重的作用，其稳定性分析与普通立直杆很不相同。设一路面板在临失稳前如图 2 所示，板为矩形且相邻板块之间的预压应力沿横向均匀分布。根据

9、悬链线拱桥原理3，假设：拱起板块两端固定板底绝对光滑无摩擦力板体刚度足够即板体无论在多大压力作用下都不会产生压缩变形；则拱起段的力学模型可用不考虑弹性压缩的无铰板拱受力模型表示，见图 3 和图 4。图 3 和图 4只研究宽度为 b 的一窄条板，并改称此板为板拱，以避免与通常意义的板混淆。路面板的重量被看作作用于板拱上面的集度不变的均布荷载 q。 图 2 路面板失稳纵断面图 Fig.2 The vertical sectional profile of pavement buckling 5.结语 斜向预应力水泥混凝土路面因为自身的优点被提出并进行深入研究，克服路面拱起病害就是其中之一。斜向预应

10、力水泥混凝土路面将水泥混凝路路面长板块拱起受力模拟成拱桥拱圈受力，从而利用拱桥悬链线原理，通过理论分析和计算，得出斜向预应力水泥混凝土路面不拱起最小长度计算公式，从理论和应用上利用斜向预应力路面最终达到消除水泥混凝土路面拱起病害的目的。 参考文献 1邓学钧.路基路面工程M，人民交通出版社，2008. 2张东省，韩森，韩微微.斜张法双向预应力水泥混凝土路面关键设计参数研究J ，公路，2010（11）. 3顾安邦.桥梁工程M，人民交通出版社，1999. 4程涛.水泥混凝土路面分析与研究D，合肥：合肥工业大学，2009. Reference 1DEN Xue-jun.Road Subgrade An

11、d Pavement EngineeringM,China Communications Press，2008(4). 2ZHANG Dong-sheng, HAN Sen, HAN WEI-wei.Research on the key design parameters of two direction cross-tensioned prestressed concrete pavementJ,Highway,2010(11). 3GU An-bang. Bridge Engineering M，China Communications Press，1999. 4CHENG Tao. Analysis and Research of Cement Concrete PavementD，HeFei：HeFei University of Technology，1999. 第一作者简介：张东省（1956-） ，男，陕西省交通建设集团副总经理，工学博士，正高工。