貧混凝土基層路面的溫度應(yīng)力和荷載應(yīng)力研究

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1、第一章概述§1—1課題的提出及研究意義隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)運(yùn)輸市場(chǎng)的繁榮，公路交通量有了大幅度的增長(zhǎng)，同時(shí)車輛荷載的日益重型化，載貨汽車的超載現(xiàn)象也變得越來越嚴(yán)重。這種現(xiàn)象的不利發(fā)展對(duì)公路造成的破壞已成為公路早期損壞的重要原因，受到廣大公路科技人員和各級(jí)主管部門的關(guān)注。水泥混凝土路面具有剛度大﹑強(qiáng)度高﹑使用耐久和日常養(yǎng)護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。隨著交通事業(yè)的發(fā)展，國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)重交通路用瀝青逐漸變得短缺，價(jià)格不斷上漲。這樣，水泥混凝土路面在重交通公路中就處于愈加重要的地位。然而，在水泥混凝土路面修筑里程逐年增加的同時(shí)，水泥混凝土路面過早損壞也變得越來越明顯，許多地區(qū)的水泥路面達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限，往往在使

2、用3—5年后即出現(xiàn)唧泥﹑錯(cuò)臺(tái)﹑斷裂等損壞。如河南省境內(nèi)107國道一些路段于1989年修建，1991年即出現(xiàn)斷板，1996年破板率已超過10%，并且滿載一側(cè)占總病害的98%；北京市東直路﹑北三環(huán)﹑永內(nèi)大街的水泥混凝土路面在使用初期的7年內(nèi)，折斷板的數(shù)量達(dá)到5~6.4%；河南焦作鄭常線1991年開始使用的水泥混凝土路面，1995年已出現(xiàn)了嚴(yán)重的損壞，并開始大修處理?；炷涟暹^早損壞大大增加了路面的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，也給運(yùn)輸部門造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。分析水泥混凝土路面過早損壞的原因，運(yùn)輸車輛的重載和超載現(xiàn)象無疑是重要的因素。河北﹑河南﹑52山西等一些重要礦區(qū)和重工業(yè)區(qū)的調(diào)查表明，8噸以上的重型貨車的超

3、載比例在40%以上，某些路段達(dá)到80%，最大裝載率超過300%。上海地區(qū)的中型以上貨車約25~45%超載，最高裝載率也在300%以上。在上海地區(qū)對(duì)15條干線公路的車輛稱重調(diào)查發(fā)現(xiàn)，超載車輛最高軸載可達(dá)到單軸170KN，雙聯(lián)軸320KN！山西109國道對(duì)運(yùn)煤車輛的稱重發(fā)現(xiàn)最重的單輪組單軸有102KN，雙輪組的單軸和雙聯(lián)軸有240KN和410KN，最高的輪胎內(nèi)壓1.0MPa以上。河北宣化至大同高速公路的車輛軸載調(diào)查發(fā)現(xiàn)載貨車的雙輪組單軸有一部分達(dá)到220KN，最高輪胎內(nèi)壓1.2MPa.在路面設(shè)計(jì)中，對(duì)交通量的計(jì)算，是以各種類型的額定軸載為依據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軸次換算的，對(duì)超載的考慮，僅是在荷載應(yīng)力計(jì)算中加

4、入了一個(gè)值為1.45的綜合修正系數(shù)k，包括了動(dòng)載﹑超載﹑路面不平整等諸多因素，這對(duì)目前這種超載嚴(yán)重且比較普遍的情況顯然是不夠的。但要定量分析，準(zhǔn)確反映超載車輛對(duì)路面的破壞作用目前尚無完善的分析方法。為此，本課題以重交通水泥混凝土路面為研究對(duì)象，結(jié)合以往研究成果，通過實(shí)地調(diào)查﹑理論分析，對(duì)水泥混凝土路面荷載疲勞關(guān)系﹑軸載換算方法以及適用于重載交通的貧混凝土基層水泥混凝土路面進(jìn)行了研究，以適應(yīng)當(dāng)前公路建設(shè)的需要?！?—2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外很早就開始了對(duì)重載交通路面的研究。近年來，隨著水泥混凝土路面的推廣應(yīng)用和交通的重型化，一些設(shè)計(jì)理論﹑設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)組合模式越來越趨向于滿足重載交通的需要。在國外

5、，針對(duì)重載，除了傳統(tǒng)的以混凝土應(yīng)力作為結(jié)構(gòu)的主要破壞原因控制路面設(shè)計(jì)之外，引入了更多表達(dá)混凝土破壞的性能參數(shù)，建立了能更準(zhǔn)確描述重載對(duì)路面破壞的新模型。美國Illinois大學(xué)的Ballonb與Texas大學(xué)的Zoggerlin提出了適應(yīng)于普通混凝土路面與鋼筋混凝土復(fù)合式路面，防止疲勞應(yīng)力產(chǎn)生橫向開裂的設(shè)計(jì)方法（該方法考慮了荷載應(yīng)力與翹曲應(yīng)力的疊加）；美國各州公路工作者協(xié)會(huì)（AASHO）提出了基于概率統(tǒng)計(jì)形式的可靠度設(shè)計(jì)方法；美國Kentucky大學(xué)黃仰賢和Sharp提出了一個(gè)基于概率統(tǒng)計(jì)的有限元計(jì)算程序PMRPD（該方法可用于不同的地基模型：液態(tài)地基﹑固態(tài)地基與層狀地基）；美國聯(lián)邦公路局Ke

6、llerhold與Loerson詳細(xì)論述了重載交通下具有傳力桿的接縫混凝土路面設(shè)計(jì)方法。在結(jié)構(gòu)組合模式方面，一方面板厚增加（日本現(xiàn)行手冊(cè)指出有繁重交通的道路板厚最大達(dá)到30cm），板強(qiáng)度增大；另一方面結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了變化，多采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)，基層多采用水硬性結(jié)合料處治的穩(wěn)定性基層。巴西﹑澳大利亞﹑法﹑52美等國家采用貧水泥混凝土作為重載交通剛性路面的基層；比利時(shí)提出了用于重載交通的復(fù)合式混凝土路面典型結(jié)構(gòu)。在貧水泥混凝土上的連續(xù)配筋混凝土路面，美﹑法等國也有不同程度的采用。在國內(nèi)，近年來由于重型車的不斷增加，不少機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)重載交通路面進(jìn)行了探索。對(duì)下為經(jīng)濟(jì)混凝土﹑上為規(guī)格混凝土的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)

7、，西安公路交通大學(xué)采用彈性地基厚板模型用有限層法分析了板內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力，提出了等剛度原則把復(fù)合式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為單層板，按現(xiàn)有路面板計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)用方法;針對(duì)重型車引起混凝土板底脫空﹑唧泥﹑錯(cuò)臺(tái)和斷裂等，同濟(jì)大學(xué)提出了控制板角撓度的設(shè)計(jì)方法。在結(jié)構(gòu)組合方面，基層的選取亦逐漸傾向于采用水硬性結(jié)合料處治的穩(wěn)定性基層。近年來對(duì)碾壓混凝土上鋪瀝青層（RCC+AC）路面，碾壓混凝土上鋪水泥混凝土（RC