（道路与铁道工程专业论文）无缝桥梁CRCP接线路面室内试验研究.pdf

无缝桥梁c r c p 接线路面室内试验研究 摘要 近些年来，中小桥建设采用无缝化技术日益增多。本文结合西部交通建设科 技项目“无缝化技术在西部地区中小跨径桥梁上的应用研究 课题提出了一种新 型整体式无缝桥梁设计理念，即采用c r c p 接线路面吸收梁体的温缩变形，同 时取消全桥的伸缩缝。此方案将主桥、搭板及路面联系成整体，不仅实现了无缝 桥梁的“全无缝”设计理念，而且也简化了台后搭板区的处理。 c r c p 接线路面受力复杂，除了受到行车、温度等荷载作用外，还会受到无 缝桥梁温缩变形产生的影响。本文分析了c r c p 接线路面吸纳主桥变形的机 理，并对c r c p 接线路面设计理论做了初步的论述。 为保证c r c p 接线路面在复杂受力状态下正常工作，通过试验分析c r c p 接线路面与其基层之间的结合状况；提出在层间设置隔离层。隔离层摩阻系数宜 控制在2 5 之间，且应具有较大的变形能力。层间结合不宜过强或过弱，应处 于一种半结合状态。 传统的c r c p 路面横向裂缝间距离散性很大，裂缝发展杂乱无章。本文提 出采用主动裂缝控制方法，诱导裂缝的发展，变裂缝的无序发展为有序发展，达 到可控的目的。通过大量室内试验，对接线路面的几个重要指标进行了初步分 析，主要研究成果如下： ( 1 ) 通过室内模型试验，验证了温降过程中，主动裂缝控制效果明显，裂缝 均在设置预压缝的截面发生，起到了诱导裂缝发展的目的。 ( 2 ) 接线路面采用主动裂缝控制后，裂缝的发展规律产生了较大变化。裂缝 宽度发展与预压缝截面位置有关，近搭板端发展比较迅速，远搭板端发展比较缓 慢，特别在c r c p 接线路面末端几个预压缝截面，裂缝还未开始发展。 ( 3 ) 模型试验数据分析显示各个截面钢筋应力的发展模式相近，且与裂缝宽 度发展有对应关系，裂缝宽度较大截面钢筋应力发展也较快。钢筋应力从近搭板 端至远搭板端呈现处明显的下降趋势。 ( 4 ) 试验数据分析表明c r c p 接线路面拥有较好的传荷能力。通过同一截面 不同裂缝宽度下传荷能力的比较发现裂缝宽度越大传荷能力越差。 关键词：无缝桥梁；c r c p 接线路面；摩阻系数；主动裂缝控制；裂缝宽度； 钢筋应力：传荷能力 i i a b s t r a c t lh ejo m t i e s st e c h n i q u eh a sb e e nb e i n gu s e dm o r e f r e q u e n t l yi ns o m es m a l la n d m e d l u mb n d g e s ，l nr e c e n t y e a r s b a s e do nt h es u bp r o je c to ft h ew e s t e mt r a f f i c c o n s t r u c t l o nt e c h n o l o g yp r o j e c tn a m e d 肪p 铆，p d 欠p s p 口彤办d 厂j ，d f ，z ，如s s 死c j i l 甩幻“p 砌 s 朋口f zo ，讹讲姗历f 妇p s ，t h ep a p e rp r o p o s e sa ni n n o v a t i v e s t r u c t u r a ld e s i g nf o r j o i n t l e s sb r l d g e s ，w h i c he l i m i n a t e st h ee x p a n s i o nj o i n tb e t w e e nt h eb r i d g es l a b a n d b r l d g eb ya b s o r b i n gt h ed e f o 眦a t i o no ft e m p e r a t u r e d r o p p i n gt h r o u 曲a p p r o a c h p a v e m e n t so fc r cp t h em a i n b r i d g e ，a p p r o a c hs l a ba n da p p r o a c hp a v e m e n tw i l lb e i n t e g r a t e di n t oaw h o i ei nt h i sd e s i g n ，w h i c hn o to n l yr e a l i z e s j o i n t l e s s d e s i g n c o n c e p t ，b u ta l s os i m p l i f i e st h et r e a t m e n to ft h ea p p r o a c hs l a b 1h es t r e s ss t a t eo fc r c pa p p r o a c hp a v e m e n t sa r e v e r yc o m p l i c a t e d ，n o to n l v e f i e c t e db yv e h i c l el o a da n dt e m p e r a t u r el o a d ，b u ta l s ot h e s h r i n k a g ed e f o r m a t i o no f j 0 1 m l e s s b r i d g e si n n u e n c e db yt e m p e r a t u r e i nt h i s p a p e r t h em e c h a n i s mo f i n d u c t i n gb r i d g e s d e f o r m a t i o ni sa n a l y z e d ，a n dt h ed e s i g nt h e o r yo f c r c pa p p r o a c h p a v e m e n t si sp r e l i m i n a 巧d i s c u s s e d 1oe n s u r ea p p r o a c hp a v e m e n t sw o r k i n gn o r m a l l yi nc o m p l e xf o r c e c o n d i t i o n s w ep r o p o s e dt os e t 锄i s o l a t e d l a y e r b e t w e e nt h eb a s ea n ds u r f a c e t h r o u 曲 t h e e x p e n m e n t 。i h ef r i c t i o nc o e f n c i e n to fi s 0 1 a t e dl a y e rs h o u l db ec o n t r o l l e db e t w e e n 2 5 ，a n ds h o u l d b ec a p a b l et od e f o 彻w i d e l y t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nb a s ea n ds u r f a c e s h o u l d b ei n ah a l f - c o m b i n i n gs t a t e ，w h i c hm e a n s n e i t h e rt o os t r o n gn o r t o ow e a k jn es p a c eo 士l t r a n s v e r s ec r a c ki s d i s c r e t ea n dd e v e l o p sd e s u l t o r i l yi nt r a d i t i o n a l c r c p t h i s 脚e rp r o p o s e sam e t h o do fa c t i v ec r a c kc o n t r o l l i n gt o i n d u c ec r a c k w h l c hc a nc h a n g et h e d e v e l o p m e n to fc r a c kf r o md i s o r d e r t oo r d e r t oa c h i e v et h e p u r p o s eo tc o n t r o l l m gt h ec r a c k sd e v e l o p m e n t t h r o u g ha1 0 t 0 fe x p e r i m e n t a lt e s t ， w em a k ea p r e l i m i n a r ya n a l y s i sf o rs e v e r a l i m p o n a n ti n d e x e s t h em a i o r a c h i e v e m e n t sa r es u m m a r i z e da sf 0 1 l o w i n g ： ( 1 ) c r a c k sa r ea l ld e v e l o p e di nt h ea c t i v ec r a c ks e c t i o nd u r i n g e x p e r i m e n t ，w h i c h p r o v e dt h a tt h ec o n t r o l l i n gc a p a b i l i t yo ft h ea c t i v ec r a c ki s o u t s t a n d i n gd u r i n g t h et e n l p e r a t u r ed r o p p i n g 。 ( 2 ) a f t e rt h ea c t i v ec r a c k c o n t r o l l i n gi n a p p r o a c hp a v e m e n t s ， t h ec r a c k s d e v e l o p m e n t a l r e g u i a r i t i e sc h a n g e sal o t t h ed e v e l o p m e n to fc r a c kw i d t hi s a s s o c l a t e dw l t hp o s i t i o no ft h ep r e d e n n e dw e a ks i d e t h ec r a c kw i d t h d e v e l o p s i i i 无缝桥梁c r c p 接线路面室内试验研究 r a p i d l y n e a rt h es l a b ，a n dd e v e l o p ss l o w l yf a rf r o mt h es l a b t h e r ea r en o c r a c k si nt h ee n do ft h ea p p r o a c hp a v e m e n t s ( 3 ) t h ed e v e l o p m e n to fr e i n f o r c e ds t r e s si s s i m i l a ri na l lo ft h es e c t i o n s i th a s c o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec r a c kw i d t h ，a l s o t h e w i d e rt h ec r a c ks e c t i o ni st h ef a s t e rt h er e i n f b r c e ds t r e s sd e v e l o p s b e s i d e s ，t h e r e i n f o r c e ds t r e s sh a sat e n d e n c yo fd e c r e a s ef r o mn e a rs l a bt of a rs l a b ( 4 ) e x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i si n d i c a t e s t h a tt h ea p p r o a c hp a v e m e n t so fc r c p h a v eg o o d1 0 a d t r a n s f e r e dc a p a c i t y a f t e rt h ec o m p a r i s o no ft h el o a d - t r a n s f 色r e d c a p a c i t i e si nt h es a m es e c t i o nw i t hd i f f c r e n tc r a c kw i d t h ，i ti sf o u n dt h a tt h e w i d e rt h ec r a c ki st h ep o o f e rl o a d - t r a n s f e r r e dc a p a c i t yw i l lb e k e yw o r d s ： j o i n t l e s sb r i d g e s ；a p p r o a c hp a v e m e n t so fc r c p ；c o e m c i e n to f f r i c t i o n ； a c t i v ec r a c kc o n t r o u i n g ；c r a c kw i d t h ；s t r e s si ns t e a l ； l o a d - t r a n s f e r e dc a p a c i t y 硕l 学位论文 插图索引 图1 1 国外常规无缝桥梁变形传递方式2 图1 2 国外无缝桥梁与接线路面的接缝构造2 图1 3 搭板与c r c p 接线路面的无缝连接3 图2 1 温度下降时c r c p 接线路面变形吸纳图1 2 图2 2 第一条裂缝后c r c p 接线路面受力图示1 2 图2 3 温度下降时加筋无缝接线路面钢筋受力计算图示1 6 图3 1 摩阻系数与钢筋应力关系1 8 图3 2 摩阻系数与裂缝宽度关系1 8 图3 3 摩阻系数与接线路面长度关系1 8 图3 4 室内小试块模型层间摩阻系数测定意图2 0 图3 5 室内小试块模型层间摩阻系数现场测试图一2 0 图3 6 加载速度与层间抗剪强度关系2 3 图3 7 乳化沥青级配碎石隔离层摩阻系数发展图2 3 图3 8 乳化沥青级配碎石隔离层摩阻系数发展简化图2 4 图3 9s b s 改性沥青隔离层摩阻系数发展图一2 5 图3 1 0s b s 改性沥青复合隔离层摩阻系数发展图2 6 图3 1 1 改性沥青类隔离层摩阻系数发展简化图2 6 图3 1 2 乳化沥青隔离层摩阻系数发展图2 7 图3 1 3 乳化沥青隔离层摩阻系数发展简化图2 8 图3 1 4 四种隔离层摩阻系数发展简化图比较2 8 图4 1 试板模型预压缝设置图3 1 图4 2 室内试板模型尺寸及加载图示3 1 图4 3 试板模型钢筋布置图3 2 图4 4 试板模型裂缝发展示意图3 2 图4 5 试板模型裂缝随温降发展图3 2 图4 6 室内模型平面图3 3 图4 7 室内模型立面图3 3 图4 8 足尺模型界面划分与千分表布置图3 4 图4 9 室内足尺模型试验纵向加载示意图3 4 图4 1 0 足尺模型裂缝随温降发展图3 5 图4 1 l 足尺模型千分表布置图3 6 v i i 无缝桥梁c r c p 接线路面室内试验研究 图4 1 2 试板模型千分表布置图3 6 图4 1 3 主动裂缝控制下试板模型裂缝宽度发展图3 7 图4 1 4 每一工况下试板模型各截面裂缝宽度发展对比图3 7 图4 1 5 主动裂缝控制下足尺模型裂缝宽度发展图3 8 图4 1 6 每一工况下足尺模型各截面裂缝宽度发展对比图3 9 图5 1 足尺模型c r c p 钢筋应变计布置示意图4 l 图5 2 足尺模型钢筋应力发展图4 2 图5 3 每一工况下足尺模型各截面钢筋应力发展对比图4 2 图5 4 足尺模型最大温降幅度下各截面钢筋应力线性处理4 3 图5 5 足尺模型竖向加载图4 4 图5 63 群截面最大温降下竖向荷载对钢筋应力的影响4 4 图5 7 裂缝两侧弯沉差测量示意图4 6 图5 8 裂缝两侧弯沉差测试简图4 7 图5 9 不同裂缝宽度下传荷能力发展对比图4 7 图5 1 0 同一裂缝宽度下不同截面传荷能力对比4 8 v i i i 硕l - 学位论文 附表索引 表1 1 接缝类型选择2 表1 2 试验路段横向裂缝观测统计结果9 表3 1 乳化沥青性能参数表2 1 表3 2 级配碎石矿料级配2 1 表3 3s b s 改性沥青性能参数表2 2 表3 4 乳化沥青级配碎石隔离层正向加载试验数据2 3 表3 5 乳化沥青级配碎石隔离层反向加载试验数据2 3 表3 6s b s 改性沥青隔离层正向加载试验数据2 5 表3 7s b s 改性沥青隔离层反向加载试验数据一2 5 表3 8s b s 改性沥青复合隔离层正向加载试验数据2 5 表3 9s b s 改性沥青复合隔离层反向加载试验数据2 5 表3 1 0 乳化沥青粘层正向加载试验数据2 7 表3 1 l 乳化沥青粘层反向加载试验数据2 7 表4 1 各工况下试板模型裂缝宽度值3 6 表4 2 各工况下试板模型各截面裂缝宽度平均值3 7 表4 3 足尺模型各工况裂缝宽度值3 8 表5 1 足尺模型各工况钢筋应力值4 2 表5 2 综合受力情况下3 拌截面钢筋应力的变化值4 4 表5 3 接缝传荷能力分级标准4 6 表5 4 裂缝传荷能测试结果4 6 表5 5 不同裂缝宽度下裂缝两侧弯沉差4 7 表5 6 同一裂缝宽度( 0 2 m m ) 下裂缝两侧弯沉差4 8 d ( 硕i 。学位论文 1 1 研究背景与意义 第l 章绪论 目前我国正处于经济高速发展时期，各级公路正在如火如荼的建设，而广大 的西部地区，更是今后公路建设的重点区域。西部地区地形复杂，沟壑星罗棋 布，公路建设中经常会修建中小桥梁。 我国中小桥梁的做法通常是采取在桥头设置伸缩缝，然后通过搭板过渡到公 路路面，主桥的涨缩量由伸缩缝吸收，而搭板可以适当缓和台后填土的不均匀沉 降。虽然这样的处理方式短时间内能取得较好的效果，但也存在较大的工程隐 患。众所周知，伸缩缝部位是桥梁中比较薄弱的环节，直接承受车辆荷载的反复 作用，极易发生损坏n 。伸缩装置的破坏使得乘车人员感到不舒适，缺乏安全 感，通常还会影响到桥梁结构本身的安全性和耐久性，而修补或更换伸缩缝装置 时的交通管制所带来的不良社会影响和经济损失更是不可估量。据美国、英国、 日本等国的统计，有缺陷或失效桥梁的问题一半以上是出现在桥梁伸缩装置部 位，而我国此方面的问题则更加严重。 针对伸缩装置容易出现问题的情况，目前有两种解决思路：一是改良伸缩装 置，并严格其施工控制和管理；二是尽可能减少设置桥面伸缩装置或干脆将其取 消。循着第二种思路，目前有如下两种处理方式： 第一种方式：就是针对大中桥，尽可能增加连续跨长度，减少伸缩装置的数 量。即桥面板和主梁在所有中间支点上是完全连续的，只在梁端与桥台之间设置 伸缩装置。第二种方式：就是针对中小桥梁，干脆完全取消伸缩装置，即建造无 缝桥梁。梁体的温度变形通过一些特殊措施予以吸纳，从而实现行驶性能上的完 全顺畅舒适，桥梁结构的耐久安全，建设和维护管理方面的费用最低甚至“零维 护 。 针对第二种方式，目前英美等国的常规作法是：取消全桥伸缩缝( 包括梁端 与桥台之间的伸缩缝) ，将主梁、桥台与搭板连接，或在整体式桥台与搭板之间 设置伸缩缝图1 1 a ，或者在平置的搭板末端与接线路面之间设置道路接缝以吸纳 桥梁的变形图1 1 b ，而以后者较为多用心4 1 。 美、英、加拿大等国在无缝桥梁与接线路面之间接缝的具体设计主要有以下 几种做法崎1 ： ( 1 ) 对于小桥，设置纤维板加热沥青封缝的简易路面接缝，简称c l 型，如图 1 2 a 所示： 无缝桥梁c r c p 接线路面宅内试验 i j i _ 究 ( 2 ) 对于中桥，轻交通时，除了简易路面接缝，还可在搭板端部设置枕梁和 排水导槽，简称c 2 型，如图1 2 b 所示。但是5 10 年后，因为接缝的退化导致路 面的破坏和跳车，需中止交通更换为氯丁橡胶密封缝； ( 3 ) 在主要公路上，采用钢制接缝，简称c 3 型，如图1 2 c 所示。 a ) 搭板与桥台之间设缝b ) 搭板与接线路面之间设缝 图1 1 国外常规无缝桥梁变形传递方式 沥 5 0 沥青面层 搭板 4 0 髟么衫彩彩獭_蕊心忒测 心心心心过心心溅_ 青纤维板 l 泄水管一 枕粱 a ) c l 型路面接缝b ) c 2 型路面接缝 路面搭板 。_ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。- _ _ 。j - 。_ _ - - - _ _ 1 _ _ 。_ _ 。_ _ _ _ - _ 一 慝慈夕 n 心心心心浏 _ f i 泄水管 枕梁 5 0 沥青面层 搭板 c ) c 3 型路面接缝 图1 2 国外无缝桥梁与接线路面的接缝构造 下表是各接缝类型选择的参考： 表1 1 接缝类型选择 青面层 习! 除 缝一 冶r_j 髓一 始 伸手q q 芒鬻姚 竺o 。 型i 禹虽 膏 硕i j 学位论义 这种路桥衔接构造将桥梁结构的变形引至道路，虽然加大了温度变形的长 度，却保证了桥梁结构的无缝化，使得桥梁结构不会因桥面伸缩缝的问题而受到 破坏；但是，这种路面接缝仍然可能使缝边的混凝土路面板出现缺损、跳车等病 害，仍然存在着路面接缝的定期维修、更换等问题n 1 。美国i o w a 州的研究指 出：现有无缝桥梁的路桥接缝常用宽度为l0 1 6 m m ，并以柔性泡沫塑料作为填缝 料，但现场长期的观测表明，这些接缝的最大变形量均小于2 5 4 m m ，并且都存 在不同程度渗水问题，因此建议采用宽度为5 0 8 m m 的路面接缝，并改进接缝的 密封填料1 。有些州为此还限制了无缝桥长，例如美国缅因州要求当钢结构无缝 桥长超过4 2 7 m ，混凝土无缝桥长超过7 0 1 m 时，必须设置道路胀缝伸1 。 本文针对全无缝桥梁进行研究，全无缝桥是在传统无缝桥梁的基础上进一步 取消路桥接缝，梁体变形通过搭板传递至接线路面，通过一定长度范围内的接线 路面吸纳全部变形。这样不仅取消了全桥桥面伸缩缝，也取消了路桥结合处的路 面接缝，真正实现了桥梁“无缝化 。 常规的路面结构分为柔性和刚性两大类，本文拟采用连续配筋混凝土刚性路 面( 简称c r c p ) 或者a c + c r c 复合路面作为无缝桥梁接线路面，基层采用贫 混凝土基层，如图1 3 所示。 整体式或( 改进的) 半整体式桥台 图1 3 搭板与c r c p 接线路面的无缝连接 这是一种新的吸纳梁体变形的方式，温降过程中梁体收缩变形，通过搭板传 递至接线路面，c r c p 接线路面在搭板的牵引力的作用下多截面依次出现微小裂 缝，从而吸纳主梁的温缩变形。当然这并不会影响c r c p 接线路面的使用性 能，因为c r c p 路面自身允许带有微裂缝工作，只要严格的控制裂缝间距及宽 度的发展，不仅可以实现无缝桥梁的安全性与耐久性，同时还可以兼顾接线路面 的承载能力和耐久性，有着良好的经济效益和社会效益。 1 2 国内外发展和研究现状 1 2 1 国内外无缝桥梁的发展和研究概况 其实，无缝梁桥早已有之。最古老的桥梁之一拱桥中，过去常用的实腹式拱 桥原本就无支座和伸缩装置，它主要是通过拱的上下变形来吸收较大的温变力。 无缝桥梁c r c p 接线路面室内试验研究 目前，世界各国的无缝桥梁多为梁式桥，相对于实腹式拱桥而言，这类又可称为 “新型无缝桥梁 。近几十年来，新型无缝桥技术已在世界各地广泛采用，各国 的设计师对它进行了很多尝试，归纳起来大致有以下几种： ( 1 ) 具有可滑动接缝的桥面无缝结构，它取消了桥面的伸缩装置，具有传统 的桥台和支座，是在传统桥面连续的基础上发展而来的： ( 2 ) 无台式结构：一种是带端悬梁的悬臂梁桥，在悬臂端部设搭板直接与路 堤相衔接而不用设置桥台，但由于铺砌边坡的工程量较大，且桥头跳车问题解决 不好，目前已很少采用；另一种是采用无桥台斜腿刚架桥h 3 ： ( 3 ) 曲线桥梁，梁的温度变形由弧形梁体平面的凹凸来吸收； ( 4 ) 采用整体式( 半整体式) 桥台结构，即在全长不是很长的桥梁上部结 构，下部结构或桥面任何位置都没有设置伸缩装置，梁的伸缩变形靠台后一定范 围的路面变形来吸收。 上述方法中前三种方法实施起来都有许多局限性，第四种方法即采用整体式 ( 半整体式) 桥台结构是目前世界各国应用最广、研究最多、最有效的无缝桥技 术。 整体式( 半整体式) 无缝桥梁应用于量大面广的中小桥中，取消了桥台处曾 经必不可少的昂贵的伸缩装盖，使造价降低，施工得到简化，维护费用减少，行 车更舒适，并兼具美观、抗震性能好等优点，还能用于老桥改造和1 日桥加宽，较 大地改变了过去的设计思想，是桥梁建设领域的一大进步，在世界各国得到大力 推广应用。 美国是最早研究整体式无缝桥梁结构的国家，相关的试验研究始于上个世纪 四十年代。美国联邦公路局( f h w a ) 的统计数据表明，截至2 0 0 4 年1 0 月，至 少在4 0 个州内共建成了包括弯桥，斜桥在内的整体式和半整体式无缝桥梁共 1 3 0 0 0 余座哺1 ，约占当时全部桥梁的2 2 ( 美国共有公路桥梁5 9 4 4 7 0 座) 。其 中最长的是田纳西州洲际公路5 0 桥，该桥全长3 5 8 m ，桥宽1 4 m ，其中的曲线 梁桥区段长2 9 7 m ；其次，最长的整体式钢梁桥和现浇混凝土梁桥均建在科罗拉 多州，其全长分别为3 1 8 4 m 和2 9 0 4 m 。 加拿大b r i t i s hc o l u m b i a 省的桥长限制为9 1 5 m ，最长的半整体式桥梁长 1 2 6 m ；在a l b e r t a 省，整体式无缝桥梁多用于5 0 m 7 5 m 的桥梁。上世纪九十年 代，加拿大便开始制定了相关的设计手册，并已着手制定将现有旧桥改造为整体 式桥梁的计划。 日本在二战后致力于发展整体式或组合式桥以消除伸缩装置的建桥方法b 1 。 在日本，无缝桥梁被分为了内置式连续和组合式无缝方法两类，其中内置式连续 方法自1 9 8 2 年开始已在近3 0 0 0 座桥梁上使用，它又可以分为伸缩吸收式、伸缩分 散式、伸缩诱导式三种。它是通过利用不同的路面材料和内置简单的连接机构吸 顾i j 学位论文 收产生在路桥连接处的变形。而组合式无缝方法是通过将梁一梁组合起来，将温 度引起变形的沿轴向转移到附近的梁上，整体式全无缝桥多用于跨径小于3 0 m 的 单跨或多跨桥。 英国于上世纪7 0 年代便开始着手于整体式无缝桥梁的研究。1 9 9 6 年颁布了 整体式桥梁的设计指南( b a 4 2 9 6 ) ，并在2 0 0 3 年的修订版指南中，指出整体式 桥台的纵向位移应限制在士2 0 m m 以内。 其它如澳大利亚、瑞典、印度等国也均在研究桥梁的无缝化技术。 上世纪9 0 年代末，我国开始有研究单位开始对整体式无缝桥梁进行了探索性 的研究，已知进行了整体式无缝桥梁研究的单位有湖南省交通科研所，湖南大 学、福州大学和长安大学。其中，长安大学对国外常规的半整体式桥台进行了静 力分析n 们，其它单位则在理论研究的同时还进行了整体式无缝桥梁的实践工 作。目前投入营运期的整体式无缝桥梁共九座，其中具有代表性的桥梁如下： ( 1 ) 1 9 9 8 年湖南省交通科研所在益常高速公路上修建了无伸缩缝跨线天桥一 一三跨连续梁( 1 1 4 m + 3 3 2 m + 1 1 4 m ) 1 ，通过将梁与桥台连成整体，利用桥台 自身重量平衡桥梁端部的拉力。 ( 2 ) 2 0 0 4 年福州大学在福建省永春县修建了大坂桥，为4 3 0 m 预应力混凝土 连续t 梁桥，整体式桥台，台下采用单排4 根钢筋混凝土矩形柱桩( 7 0 5 0 c m ) ， 全长1 3 7 1 m ，是目前我国最长的整体式无缝桥梁。 ( 3 ) 湖南大学桥梁工程研究所在研究国外无缝桥梁建设技术的基础上，提出 了不同于国外传统型式的新型无缝桥梁，设计建成了七座整体式( 半整体式) 无 缝桥梁。七座桥梁中具有代表性的无缝桥梁分别是1 9 9 9 年建成的长沙市城南路高 架桥，弯桥，全长1 7 l m ，仅在一侧梁端与重力式桥台之间设有一道伸缩缝，另 一侧则采用整体式桥台，与一侧主梁梁端固接；2 0 0 0 年建成的广东省清远四九中 桥是我国第一座公路整体式无缝桥梁，也是第一座全无缝桥梁，温度跨长5 2 m ， 斜交角1 5 。n 2 1 ；2 0 0 0 年建成的河南省周口市李贯河桥，温度跨长4 8 m ，斜交角 1 5 。，是我国第一座半整体式无缝桥梁。 1 2 2 国内外连续配筋混凝土路面( c r c p ) 的发展和研究概况 连续配筋混凝土路面( c r c p ) 是指沿路面纵向全程配置适量钢筋，修筑时 不设横向胀缩缝，且允许带微裂缝工作的一种混凝土路面结构形式。虽然c r c p 会在温降和干缩作用下产生许多随机横向裂缝，但由于连续配筋的约束作用， c r c p 的裂缝能够继续保持紧密接触，裂缝宽度很小，确保了荷载的传递，防止 雨水侵入腐蚀钢筋，就如同无缝的路面一样。 c r c p 在国外已经历了6 0 多年的发展历程，美国早在二十世纪二十年代就 在华盛顿特区修筑了第一条c r c p 试验路。1 9 3 8 年美国又在印第安纳州对连续 无缝桥梁c r c p 接线路面宅内试验研究 配筋混凝土路面开展了较系统的试验研究，修筑了一段纵向配筋率各不相同的试 验路，配筋率在0 0 7 1 8 2 ，并对钢筋采用螺纹钢筋与光圆钢筋进行了对比研 究。随后2 0 年，又先后在伊利诺斯州、新泽西州、加利福尼亚州、德克萨斯州 等地进行了大规模的工程试验。八十年代初的美国c r c p 修筑里程突破了2 万 公里，现已广泛应用于干线公路和机场道面。通过大规模的工程试验和工程实 践，积累了大量的试验数据并取得了丰硕的试验成果。 除美国外，c r c p 已经被许多国家广泛地应用于高速公路和机场道面。比利 时、英国、法国、日本等国均修建了大量的c r c p ，泰国也于1 9 8 8 年在南北高 速公路上修建了1 5 0 k m 长的连续配筋混凝土路面。现在，英国几乎所有的连续 配筋混凝土路面都修建在预期存在不均匀沉降的路段。法国不仅修建了大量的 c r c p ，而且在配筋形式上作了创新性的研究。法国研制了一种通过机械冲压在 表面形成凹凸状的宽4 c m 、厚0 2 c m 钢条来代替钢筋，以增大与混凝土的接触面 积，提高两者的粘结力。 我国于上个世纪八十年代开始了c r c p 路面的研究，主要研究单位有东南大 学、长安大学、长沙理工大学等。研究集中在c r c p 路面荷载应力分析、端部锚 固设计、可靠性分析。在实践方面大部分为试验工程，例如1 9 8 9 年东南大学在江 苏盐城修建了一段5 0 0 m 的c r c p 试验段，1 9 9 4 年东南大学在镇江市修建7 7 0 0 m 的 c r c p 试验段，1 9 9 7 年在河南省许昌市1 0 7 国道上修建了1 0 k m 的半幅c r c p 道路， 2 0 0 2 年在湖南省耒宜高速公路上修建了4 4 k m 的c r c p 路面等等。 研究表明，纵向配筋作用是约束变形，即使混凝土在干缩和温缩的情况下， 裂缝分散在更多的部位，各裂缝的宽度也就更小，这就避免了板的剥离和裂缝处 钢筋的锈蚀，保持路面的整体连续性，但钢筋不分担截面的弯拉应力。关于纵向 钢筋在断面上的位置问题，推荐设在面层表面下1 2 l 3 厚度范围内，以便更好 地约束板的变形，并使板底荷载应力最小。钢筋则采用螺纹筋，增大与混凝土之 间的粘结力。 对于c r c p 路面，其混凝土板厚和路面结构设计与普通水泥混凝土路面设计 一致，与接缝式混凝土路面的设计基本相同，只是c r c p 允许采用稍小的传荷系 数。而配筋率计算则采用v e t t e r ，c p 提出的解析法，利用钢筋混凝土的粘结一滑 移理论，考虑混凝土干缩应力、温缩应力和钢筋屈服应力，从而得出最小配筋 率。通常c r c p 纵向配筋率为o 6 o 8 ，钢筋直径1 2 m m 2 0 m m 。横向钢筋用 量，可取为纵向钢筋用量的l 5 1 8 ，其直径与纵向钢筋相同。 与常规c r c p 相比无缝桥梁c r c p 接线路面不仅受到行车荷载和环境因素的 影响，在吸纳主桥温缩变形的同时还要受到主桥对其产生的纵向附加力作用，使 得c r c p 接线路面设计更加复杂，需要考虑更多的因素。c r c p 接线路面设计中 宜重点考虑以下两个方面： 矗 硕i ：学位论文 ( 1 ) c r c p 接线路面与其基层之间的层间结合，合适的层间处置不仅有利于无 缝桥主梁的受力，也有利于c r c p 接线路面裂缝的开展及接线路面钢筋的受力。 ( 2 ) c r c p 接线路面的裂缝发展，良好的裂缝发展不仅可以吸纳主桥的温缩变 形，还可以保证c r c p 接线路面的承载能力和耐久性； 1 2 2 1 混凝土路面层问结合研究现状 研究n 3 3 表明水泥混凝土路面与贫混凝土基层之间存在着较大的摩擦，一般 都处于半结合状态，不同的界面处置方法，会造成路面应力的明显差异。郑木莲 等人n 们对贫混凝土基层与混凝土面层在半结合状态下的力学响应进行了三维有 限元分析，并与水泥混凝土路面设计规范中分离和结合状态下路面结构的荷载应 力进行了对比分析。结果表明，采用接触模型对贫混凝土基层混凝土路面结构进 行分析能更好地反映路面结构的实际受力特性。 赵炜诚等人n 胡认为混凝土面层与贫混凝土基层之间的结合面是这个路面体 系中的一个薄弱环节，其界面剪切和粘结强度都低于两侧的混凝土强度，并从微 观角度定性地分析界面作用的本质和影响因素。根据各国试验资料和有限元分析 结果，建议各种混凝土与其下基层摩阻系数取值如下：采用沙层过渡的取摩阻系 数为1 5 2 o ；对于采用a c 层过渡的取摩阻系数为2 o 2 5 ；不设置过渡层直接浇 注混凝土的取摩阻系数5 6 。 长沙理工大学刘朝晖n 耵认为摩阻系数主要与c r c p 下基层材料类型有关： 基层经过沥青表面处置时摩阻系数取2 2 ；基层为水泥、石灰、沥青稳定类基层 时摩阻系数取1 8 ；基层为碎砾石时摩阻系数取1 5 ；基层为砂岩时摩阻系数取 1 2 ；为天然路基时摩阻系数取o 9 。 肖益民等人n 在室内二灰碎石基层和水泥稳定基层上成型了c 3 5 混凝土，测 定了层间第一次断裂破坏和层间破坏后的水平推移应力和应变，结果表明：层间 第一次断裂破坏需要克服相当大的阻力( 粘结力) ，而在层间界面层破坏后，只需 克服很小的阻力( 滑动摩擦力) 就能使面板移动，且面板与基层接触界面破坏后， 面板在半刚性基层上滑动时的摩擦系数大于6 o 。 张洪波等人n 8 1 通过大量室内直剪试验，系统分析了水泥混凝土路面与贫混 凝土基层界面位移和力学特征，认为实际工程中水泥混凝土路面板与贫混凝土基 层之间相对位移难以达到界面剪切峰值强度对应的变形，应使用综合摩擦系数而 不是使用滑动摩擦系数来表明界面的摩擦特性。试验结果表明，界面的综合摩擦 系数均大于设计常用的1 5 2 0 ，随试件孔隙率的增大，摩擦系数会增加很快， 直至面层与基层形成一个整体，剪切破坏不发生在界面而是发生在相对强度较弱 的基层。通过在层问加铺新闻纸、土工布和塑料薄膜可以很大程度上减小层间摩 阻。 无缝桥梁c r c p 接线路面室内试验研究 长安大学赵华等人n 们通过有限元软件分析了层间综合摩阻系数与层问结合 状态的对应关系，计算结果表明，结合系数后可以客观地反映不同层问综合摩擦 系数下的钢筋混凝土板与贫混凝土基层之间的结合程度。钢筋混凝土路面板 与贫混凝土基层之间的层问综合摩擦系数的取值最大不应该超过9 o ，因为当 层问综合摩擦系数，：= 9 o 时，钢筋混凝土路面板与贫混凝土基层之间的结合系 数j | = 0 9 4 4 ，接近1 o ( 结合式) 。 为了消除层间界面层对路面使用性能的影响，文献 2 0 2 3 建议层间设置隔 离层或隔离剂，以消除层间相互粘结，避免层间界面层断裂破坏而造成面板的损 伤或开裂。傅智心们认为，基层与面层之间增设柔性夹层，不但可以缓冲车辆冲 击和振动，提高行车舒适性，而且可减少基层表面温度、湿度变化对面板的影 响。吴超凡心引指出在贫混凝土基层上不宜直接加铺水泥混凝土面层，而应当在 层间增设柔性隔离层，或基层表面磨光后喷洒隔离剂，从而改善贫混凝土基层水 泥混凝土路面的使用性能。 1 2 2 2 连续配筋混凝土路面裂缝发展研究现状 c r c p 因纵向配置了足够钢筋而取消横向接缝，面板混凝土的温缩和干缩在 钢筋和基层的约束作用下必然产生横向开裂，所以，c r c p 属于带裂缝工作的钢 筋混凝土结构心引。 裂缝形态是c r c p 设计的控制指标之一，裂缝的产生主要是由于水泥混凝土 在温缩以及干缩的综合作用下，混凝土内部应力超过水泥混凝土的极限抗拉强 度，同时与纵向钢筋的数量、纵向钢筋与混凝土间的粘结性能等约束因素也有一 定的关系。裂缝形态主要由裂缝间距及裂缝宽度来衡量，裂缝间距过大会导致裂 缝处钢筋受到较大的拉应力，裂缝开口宽度也较大，使得雨水易于进入c r c p 内 部引起钢筋锈蚀；裂缝间距过小虽然裂缝宽度不大，但会使得c r c p 板在荷载集 中作用下出现冲断破坏，丧失面板的整体性。因此，对c r c p 路面裂缝形态及其 发展趋势进行研究可以用来指导优化c r c p 设计。 影响c r c p 横向开裂的因素众多，主要包括混凝土的强度、刚度、温缩系 数、干缩应变和徐变系数，钢筋的配筋率、强度、刚度和温缩系数，行车荷载， 降温幅度和速率，钢筋与混凝土之间的粘结滑移性质及面板与基层之间的摩阻滑 移性质等乜。查旭东心盯结合湖南省耒宜高速公路连续配筋混凝土路面结构，通 过选取影响c r c p 横向开裂的l3 个主要因素的5 种取值水平，采用考虑钢筋与混 凝土之间粘结滑移及面板与基层之间摩阻滑移的交界面非线性性质和徐变作用的 一维迭代分析法同时计算c r c p 的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大钢筋应 力，从而按相对比较的方法对各参数影响c r c p 横向开裂的敏感性进行了定量和 定性分析。结果显示，不同参数对不同设计指标影响的敏感性不同，总体上，钢 侦l ：学位论文 筋的刚度和粘结强度与混凝土的强度是影响裂缝间距和裂缝宽度的关键因素，且 混凝土的强度是影响钢筋应力的显著因素，表明选取适宜的钢筋等级和品种与混 凝土标号是控制c r c p 横向开裂的首要措施。配筋率对c r c p 横向开裂有显著的 影响，改变板厚的配筋方式与改变钢筋间距的配筋方式的影响基本一致，且非常 显著。在配筋率不变的情况下，过大和过小的钢筋间距和直径组合都难以满足设