（道路与铁道工程专业论文）连续配筋混凝土基层结构设计方法研究.pdf

摘要 近年来，由予车辆的超载、重载等原爨，使得路面使用性能衰减过快，寿 命大大缩短。连续配筋混凝土基层沥青路嚣，不仅具有较舒遁度，丽虽在寿命 周期内，允许对连续蹴筋混凝土基层进行多次沥青罩瓶，将会大幅度提高结构 的耐久性能，降低养护成本。连续戮筋混凝土基层，具有低配筋率，离耐久性 等特点，在熏交通高等级公路中有起好应用翦景。 本文通过有限元法，建立钢筋混凝二t 分离式模型，对连续粼筋混凝： 二基 层进行荷载废力分析，得到綦层的临界荷位。对基层摸量、基层厚度等参数进 行分析，探闷对连续配筋混凝土基层扳底应力的影l 驹舰德。 采用解析法，推导连续醒筋混凝土扳在瀑缩、于缩等条件f 混凝土与钢筋 的应力及位移计算公式，并对淤度、配筋率等参数进行影响分析。 锚筑试验潞段，结合理论分析弓困内外使用经验，进行连续蕊筋褫凝二 ：基 层设汁及验证，探寻合理的没计方法与科学的施工技术。 关键词：连续配筋混凝土基层耐久性能低配筋率合理设计施工技术 a b s t r a c t r e c e n t l y，b e c a u s eo fs u r c h a r g el o a da n dh e a v y1 0 a dt h es e r v i c e p e r f o r m a n c eo ft h ep a v e m e n ta t t e n u a t e dv e r yf a s t ，l i f ea l s o s h r i n k e d h e a v i e r l y c o n t i n u o u s l yr e i n f o r c e dc o n c r e a t eb a s ea s p h a l tp a v e m e n tn o to n l yh a s b e t t e rc o m f o r t a b l er i d i n gb u ta l s o1 0 w e rm a i n t a i nc o s td u r i n gi t s l i f e c y c l e s t h es t e e li ns u bb a s ec o n c r e a t er e i n f o r c et h ed u r a b i l i t y o ft h es t r u c t u r es i g n i f i c a n t l y ， a n dh a saa p p l i e df o r e g r o u n di nh i g h g r a d eh ig h w a yo fh e a v yt r a n s p o r t a ti o n a c ( - o r d i n gt ot h ee s t a b l i s h m e n to fr e i n f o r c e d c o n c r e t ed e s r e t e m o d e l st h r o u g ht h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o df o rc o n t i n u o u s l yr e i n f o r c e d c o n c r e a t eb a s et h i sp a p e rs t a t e dt h a tw i t ht h ed i f f e r e n td i s t a n c eb e t w e e n c r a c k i n g st h et w oc r i t i c a l l o a dp o s i t i o nw a sf o u n d ， a n dt h es t r e s s v a r i e t y1 a wo ft h es l a bb o t t o me f f e c t e db yt h e s ep a r a i i l e t e r s ， s u c ha s m o d u l e s t h i c k n e s so ft h es u b a s e b yt h ea n a l y s i sm e t h o d ， i tw a sd e d u c e dt h a tt h es t r u c t u r a ls t r e s s f o r 舶u l ao f c o n t i n u o u s l yr e i n f o r c e d c o n c r e a t e p a n e l u n d e rt h e t e m p e r r a t u r ea n d d e s i c c a t i o ns h r i n k a g ee t c a n di t sd i s p l a c e m e n tf o r m u l a e f f e c t e db yt h ep a r a m e t e r so ft h et e m p e r a t u r e ，t h es t e e lr a t ee t c c o m b i n i n gt h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h ee x p e r i e n c e so fd o m e s t i c a n di n t e r n a t i o n a l ， t h i sp a p e rp u tf o r w a r d st h es t r u c t u r a ld e s i g nm e t h o d 0 fc o n t i n u o u s l yr e i n f o r c e dc o n c r e t eb a s e ， p r e s e n t st h er e c o i 姗e n d e d d e s i g ns t a n d a r ds u c ha s1 0 n g i t u d i n a ls t e e lr a t eo fo 3 o 6 ，m a x c r a c k w i d t ho f l 5 姗a n ds oo n r e i n f o r c e dc o n c r e t eb a s ew a s a t1 a s t ，t h et r i a ls e g m e n to fc o n t i n u o u s l y b u i l tf o ri t sc o n s t r u c t i o nt e c h n 0 1 0 9 y k e y w o r d ： c o n t i n u o u s l y r e i n f o r c e dc o n c r e t e b a s e ， p e r f o r m a n c e d u r a b i l i t y ， 1 0 ws t e e lr a t e ，s t r u c t u r a ld e s i g n ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y # 萨 ； ；lti；自，# 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丁；t 誊1 岭护停月8 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：j ；f 翊 跏签名：黼 湖6 年rgh 6 耳ba 孑毛 个处 蕾 囊 第耄绪论 ：7 l t 户，戈 1 鬈疥f 1 7 j 、坠：! 一足。， 7 ：9 i t i5 7 ：77 f 、。，。，f _ ，j ，：l 【二，j 。 。j 。 笛级公路第二人刚。战止去年卸底，全h l 岛麓级公路通1 ：总p 程已突破3 5 万公 咿。大批南等级公路的建成通乍，在一定胛度t 减缓了我叫交通帆颈的限制，极 人地拼 础了民经济的快速增长。术来_ 几年，伞同公路建设还处1 二大发展的黄 7 “r 17 1 ， f 9 ：”1 1 j 专莘；jj 生乡j 嚣，t 一! t r lk j ，二2 0 ：n fj 0 ，nj 主- 三、j ；l 。n 上j j 8 5 万公哩，新建公路铤租将人蝙皮增加。但应该后剑，近年由于交通鲢的明显 增氏，车辆轴线以及重车比例的增大，部分沥青路面发生了不同程度的早期破坏。 作为全国公路第一大省的山东省情况也不乐观，据对沥青路面的使用情况调查来 看，相当一部分沥青路面在通车时间不长就出现了较多的裂缝、车辙、拥包、表 面松散、剥落和坑洞等早期损坏，路面使用性能衰减过快，使用寿命大大缩短， 远远达不到设计使用年限，即沥青路面的耐久性严重不足。在个别破坏严重的路 段不得不进行修复，造成重大的经济损失和不良的社会影响。 研究表明，在车辆荷钱特别是重载和超载车辆的破坏作用下，基层强度呈 现不足和衰减过快是造成沥青路面大范围出现早期破坏的主要原因。目前我国 ；留等级公路路面结构l 三要足以无机纪合 稳定札科( 上) 类为丛层泐占溉凝 上为画层的半刚i 生路面。半刚性沥青路面整体强度较高，抗永久变形和抗行牟 荷鼓疲劳破坏能力较强，但足其收缩开裂问题长期以来一直没有得到很好的解 决，并且目益突出，已成为沥青路面结构的主要缺陷。有调查表明，沥哿路面 早期裂缝中5 0 以上均属于半刚性基层先裂而导致沥青面层开裂的反射裂缝。 路面一旦产生裂缝，如果不及时处理，雨水很容易从裂缝进入路面结构层，甚 至通过结构层到达和进入土基，这种情况的发生必然带束路面其它类型的早期 破坏。因此如何减少路面早期病害，防止路面反射裂缝，提高路面承载能力， 大幅度延长路面使用寿命成为目前急需解决的问题。 1 1 课题的研究意义 连续配筋混凝土路面( c r c p ) 能够克服接缝水泥混凝上路讯l ( j c p ) 由于横向 胀、缩缝的薄弱而引起的各种病害，该种路面纵向配有足够数量的钢筋，以控制 混凝土路面板纵向收缩产生的开裂，因此c r c p 在施工时完全不设胀、缩缝( 施工 缝及构造所需的胀缝除外) ，形成一条完整而平坦的行车表面，改善了汽车行驶 的平稳性，同时也增加了路面板的整体强度。连续配筋混凝土基层沥青路面，将 连续配筋混凝土板下移，上面铺筑沥青路面。采用该种结构的路面不仅具有c r c p 的优良特性，而且由于加铺沥青路面，可以进一步改善的行车舒适性能。连续配 筋混凝土基层沥青路面与传统的半刚性基层沥青路面相比，不仅具有相同舒适程 度，而且在寿命周期内，允许对连续配筋混凝土基层进行多次沥青罩面，将大幅 度提高结构的耐久性能。连续配筋混凝土基层沥青路面，维修作业时交通干扰小， 养护费用低，具有寿命周期内总费用低的特点。开展此项研究工作，对降低投资 成本，改善路面使用状况，提高路面使用寿命具有重大意义。 1 2 连续配筋混凝土基层结构特性 钢筋与混凝士的粘结是钢筋与其周围混凝土之间的一种相互作用，通过传递 使二者之问的应力及变形协调，是钢筋与混凝土两种材料共同工作的基础。而牯 结应力通常就是指钢筋与混凝土接触面上的剪应力。钢筋与混凝土之间的粘结力 由三部分组成埘：( 1 ) 混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸 附力，其粘结强度取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度；( 2 ) 周围混凝土对 钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用，其大小取决于混凝土发生收 缩或衍载和反力等对钢筋的径向压应力，以及二者问的摩擦系数等；( 3 ) 钢筋表 面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬和作用。由于混凝土中钢筋 的存在，连续配筋混凝土基层裂缝不会太宽，裂缝一般不能穿过钢筋层而发展成 为上下贯穿的通缝，也不会延伸到钢筋表面，结构钢筋不会受到锈蚀，因此使用 寿命会延长且使用性能不会改变。其次，由于基层底部的疲劳裂缝很难传递到该 层顶部，而且该层的温缩和干缩裂缝也很窄，对于沥青路面，即使不采取防裂拮 施也不会出现反射裂缝。依据试验路调查及国外使用经验，连续配筋混凝土基层 破坏主要形式为钢筋拉断及板边冲断。温度荷载足连续配筋混凝土基层使用 j 期 破坏的主要因素，车辆荷我为其后期破坏的重要因素。 连续配筋混凝土基层沥青路面与传统的半刚性基层沥青路面相比，不仅具有 相同舒适程度，而且在寿命周期内，允许对连续配筋混凝土基层进行多次沥青罩 2 嘶 一 曹， 面，将大幅度提高结构的耐久阡能。近续配筋混凝上基层沥占路面，维修作q m f 灸逦f 执小，养护费用少，基层配筋牢毂c r c p 低，具有i 命周期内总费用低的 特点。 1 3 国内外研究现状 为了提高路面使q j 寿命，再啊通路t 作嚣棚绀进犯了诈多研究t 干1 1 ，茛中渤 ，i 混凝l 复合式路面( k c c 。托) 以及连续配筋混凝 路| i i if ( 、盯h 力小研，( 的 力川。 1 9 8 5 年，西班牙某高速公路拓宽车道的施工中，采用在基层为1 5 c m 蜉的水 泥稳定基层上铺筑2 3 c m 厚的r c c 层，r c c 层板j j f | 铺5 c m 的热拌沥哿混合料。1 9 8 9 年澳大利亚p e n i t h 市成功的在水泥稳定基层上修筑了r c c a c 复合式路面。1 9 8 8 年e l 本在某停车场对r c c 作为沥青混凝土下层的适应性进行了研究，并将这种路 面结构形式写入1 9 9 0 年6 月出版的碾压混凝土路面技术指南( 草案) 中。 “八五”期问，由原西安公路交通大学承担的研究课题，对r c c a c 复合式路面 从设计理论、设计方法与参数选用到施工技术进行了深入研究，并编写r c c a c 复合式路面设计施工须知，用于指导生产实践。 对于连续配筋混凝上路面的研究，团外进行的较早。美国f1 9 2 1 年最先绽 用c c p 。二战后，在伊利讲斯，得克萨斯，加利馅尼哑，1 5 1 兰，新j 擎西等州 修筑了c r c p 路面。经多年使用，性能良好。在荚图修建高速公路时( 州际与因防 公路系统) 大量采用了c r c p 路面。按折合成双车道计，到1 9 8 0 年美国已建成的 c r c p 路面达2 2 6 0 0 公里。比利时最早的c r c p 路面是5 0 年代修建的，大量修筑 c r c p 是在7 0 年代以后。在1 9 7 0 1 9 9 0 年期问，比利时大约修建了1 8 0 0 万平方 米的c r c p ，其中包括旧混凝土路面，沥青路丽上的加铺层3 5 0 万平方米。我国 在1 9 8 9 年9 月在江苏省盐城市东郊一级公路上修筑了第一条c r c p 试验路，长 5 0 0 米，宽7 米( 2 x3 勋) ，厚2 0 厘米的c r c p 试验路，用以长期观测，具体研 究其各方面的性能。1 9 9 7 年，由原西安公路交通大学承担了国家自然科学基金 资助项目，开展连续配筋混凝土路面设计理论与方法研究。 在我国，连续配筋混凝士基层尚处于研究阶段。0 3 年，叶丹采用有限元方 法，用等参八结点四边形单元作为分析的基本有限元单元，用组合单元的方法模 拟钢筋的纵向加劲作用，建立了分层式模型分析连续配筋水泥混凝土板( c r c p ) 的受力特性，并利用断裂力学理论计算分析c r c p 层底裂缝和删a 层底反射裂缝 的应力强度因子的发展情况。本课题组与山东省公路局合作，将全面开展连续配 筋混凝土基层设计与铺筑技术的研究工作，并先后于2 0 0 4 年和2 0 0 5 年铺筑了试 验路段。 1 4 研究内容及技术路 1 结合连续配筋混凝土基层沥青路面的承载特性以及可能产生破坏原因，应 用有限元法建立计算模型，分析层底应力，确定临界荷位并对地基模量e 、沥青 层厚度、连续配筋混凝土厚度、基层配筋率、配筋位置等参数影响进行分析： 2 依据试验路段的温度观测数据，分析连续配筋混凝土基层沥青路面内部的 温度变化规律，建立有限元温度分析模型，利用解析法，确定温度荷载作用下的 最不利位置，进行干缩应力、翘曲应力、温缩应力分析。 3 结合国内外使用经验，分析基层破坏原因及形式，开展结构设计方法研究， 探寻基层低配筋的理论依据。 4 _ i 、 一 第二章连续配筋混凝土基层荷载应力分析 迄续配筋7 匏凝e 耀层，主婪用于重载交通商等级公路沥青路面。在结构上， 允j ，f 。，1 j j 、，j 。，l 。；，、1 。j 1 儿i ! 二j ，f j 。 ：，i ：r f j 卜，j 上；j 、 。j j “一、i 上，jj 受的承r f 坛。本文为了研究连线剐筋砘；疑一卜革足：的没； 方法，首先雯时该种纪沟 l i i j i 寸0 i 我所产生的荷钱应力进行 学分忻，以探， 线配筋混凝土萆层的最小 7 0 僦4 ，以及荇设计参数对应力分和的影响规律。 2 1 连续配筋混；疑土基层计算模型与参数 2 1 1 计算模型 连续配筋混凝土基层在工作环境下，因混凝土硬化产生的干缩和降温产生的 温缩受到外部阻力，在其内部会产生横向细小裂缝，以至于长期处于在带缝工作 状态。对于连续配筋混凝土面层，其缝宽一般为o 5 8 1 2 m 。连续配筋混凝土 基层相对于面层来讲，结构层下移，受环境影响较小，对其缝宽要求理论上可适 当放宽。因此，为了计算分析方便，缝宽取1 o 舢。 为了简化模型，采用扩大基础模拟，边界条件为：基础底面完全约束，侧面 自由；连续配筋混凝七基层以及面层沿路线方向的侧旺玎自山，垂直于路线方向的 侧面宄个约束。j 中作如下假设： 各结构层为各向同睦的弹性体，水平、竖向位移连续； 不计自重影响； 裂缝一旦形成，便假定其完全贯通，在裂缝处混凝土不承受拉应力； 混凝土与钢筋完全粘结，无相对滑移； 裂缝分布均匀且形状规则。 为了以后考虑混凝土与钢筋的相对滑移，更为了反映钢筋的实际工作情况， 本研究建立了分离式模型，采用八节点各向同性单元模拟水泥混凝土，运用空间 塑性管单元模拟钢筋作用。采用先点线生体后划分单元的建模方式，以方便控制 分析精度。 图2 _ 1 裂缝示意图 图2 2 钢筋布置示意圈 2 1 2 计算参数 为了确定基础模型尺寸，对在一定参数下，不同基础模型尺寸对应力的影响 情况进行了分析，结果如表2 一l 。可知，随着模型尺寸的增大，尺寸对应力的影 响减小，应力值趋于稳定，计算结果逐渐收敛。为满足计算精度的要求，模型对 连续配筋混凝土基层、加载处以及基础深度2 m 的范围进行网格细化。网格单边 尺寸，一般不小于5 c m ，该模型约划分为1 4 8 0 0 个单元，共约1 3 5 0 0 个节点。 6 l 口) 一 一 表2 1不同模型尺寸对某固定点的应力影响 哽_ ”尺j j府力( p 。i ) f m )o 1 o ) l o z lo _ 2 oy o ” 1 05 l o5 ) ，qo01 8 2 4 6nl ，2 n 0 0 】? 1 8 2一n2 1 5 2 0 】 n 7o1 1 r n j o l2j 7 h f j f j0 l 【j iq 7 i jl1z 7( j ( j n 7一( j 1 i ) tj q( j i f l 二 hi 一( j0i 州j ， 1 3 5 1 5 8 oo 0 ：j 8 5 7 2 一o 4 2 ： j 5o 0 ：j 8 0 l o一0 0 2 6 7 9 70 4 ：；2 7 80 ( ) ： 1 2 ： l 1 6 5 1 5 o 9 0o0 ，l i l 8 30 4 4 4 3 5oo ： 8 ( j ) 8一o 0 3 0 4 1 8一o 4 5 3 2 一o 0 ： 1 8 8 6 1 85 j7 0 9o00 4 1 1 q 904 4 7 7 5( 10 ：j 8 ： 2 500 0 7 7 504 5 6 8 1 r ) 0 3 2 2 1 4 具他0 兰“力：f jj j 拽爪川铂、f f i _ ： j 拽b z l u o ，轮月厅内lo - ，、1r ，d ，力： 用双圆均前i 荷裁加压，直镫2 1 3 c m ，双轮问距3 2 c m ，两侧轮隙问距1 8 2 c m ，如 图2 4 。主要材料参数见表2 2 。 表2 2 主要材料参数 材料层尺寸( m ) 弹性模量( m p a )泊松比 沥青混凝士面层 h = o 0 91 2 0 0 0 2 5 连续配筋混凝士荩层 h = o 2 53 0 0 0 0 o 1 5 水泥稳定碎石 h = o 2 0 1 3 0 0 1 7 0 0o 1 5 o 3 石灰稳定土h = 0 1 54 0 0 7 0 00 3 0 0 5 0 土基2 0 5 0 0 水泥稳定碎石、自灰稳定土 荩础 取值3 5 0 0 3 0 哕及十荩视为卑础 俐枥2 0 ( ) 0 0 0o ：j 【) 在该模型中设有两对接触单元，分别为沥青混凝土面层无分离接触连续配筋 混凝土基层接触对，基础无分离接触连续配筋混凝土基层接触对。接触单元的存 在，使得分析成为非线性分析。为了使计算变得容易收敛，将载荷分成一系列的 载荷增量即倚载步。根据需要，可以在几个载荷步内或者在一个载步的几个子步 内施加载荷增量。在每一个增量的求解完成后，继续进行下一个载荷增量之前， 有限元程序将调整刚皮矩阵以反映结构刚度的非线性变化。 合理的荷载步，可以使在足够槠度的条件下，加速收敛时间。为了寻求合理 的荷载步，在其它参数不变的情况下，选取1 ，1 0 ，2 0 ，5 0 荷载步分别进行计算， 结果如表2 3 所示。 7 表2 3 不同荷载步对结构最大应力的影响 荷载步 a 椭1o 0 嘲tom ho 删 o m 1o 1 2 6 1 5 20 3 3 4 1 3 2o 0 5 4 8 0 7一o 7 2 0 1 5o 2 0 2 3 50 3 2 1 0 5 0 5 l o0 1 8 2 3 5 2一o 4 1 3 1 0 8o 0 5 2 6 5_ 0 6 9 3 7 5o 2 4 9 6 7 90 4 1 4 8 4 3 2 00 1 8 3 3 0 24 1 4 1 3 9o 0 5 3 0 4 4一o 6 9 5 0 6 70 2 5 1 9 1 2一o 4 1 6 1 6 8 5 0o 1 8 3 7 5 40 4 1 4 7 3 9o 0 5 3 2 6 30 6 9 5 8 5 l0 2 5 3 2 4 lo 4 1 6 2 5 4 2 0 步与 1 0 步相 0 0 0 5 1 9 6o 0 0 2 4 9 30 0 0 7 4 5 50 0 0 1 8 9 7o 0 0 8 9 0 4o 0 0 3 1 8 9 对误差 5 0 步与 2 0 步相 0 0 0 2 4 6 3o 0 0 1 4 4 8o 0 0 4 1 2o0 0 1 1 2 70 0 0 5 2 6 20 o 0 0 2 0 7 对误差 2 2 临界荷位的确定 荷载的不同作用位置，对基层会产生不同的作用效果。连续配筋混凝土基层， 在温度荷载作用下将产生不同程度的横向裂缝。在横向裂缝处，由于钢筋的纵向 连接，基层的整体性能依然较强。所以，分析时将连续配筋混凝土基层按照多板 系统计算，则影响临界荷位的主要因素为横向裂缝的问距。分析时，将取间距s 取为o 5 m 、1 0 m 、1 5 m 、2 0 m 、2 5 m 、3 o m 进行计算。依据经验，连续配筋混 凝土基层的临界倚位可能位于板中( 荷位1 ) 、缝边( 荷位2 ) 或骑缝( 荷位3 ) 处，计算时将重点分析以上三处荷位，如图2 5 。图中，x 为外侧轮载圆心距板 外边缘的距离。 2 2 1 轮载分析 计算参数：板宽7 5 m ，丽层厚度 尸9 c m ，基层厚度矗产2 5 c m ，面层模量 点1 2 0 0 m p a ，基层模量点3 0 0 0 0 m p a ，地基模量正3 5 0 m p a ，面层泊松比严0 2 5 ， 基层泊松比产o 1 5 ，地基泊松比j = 0 3 ，钢筋模量正2 1 0 5 m p a ，钢筋泊松 比口产0 3 ，钢筋配筋率o 4 ，钢筋直径d 。= 1 4 咖，放置距板面l 2 处，裂缝间 距乒o 5 m ，缝宽l m m ，外侧轮载圆心距板外边缘胆1 6 0 啪( 边缘) 、1 0 0 0 舢、1 8 4 0 唧、 2 6 8 0 舢( 正中) ，荷载p = o 7m p a 。 神 一j 表2 5 荷载作用在板中时板内应力计算结果( 单位m p a ) 一 j 荷位0 0i m o 州xo 川f p 0z 川。 j ? 6 f oo5 7 6 4 n5 2 8 】6 6 00 2 2 2 7 2f ) 1 j ? j n 6o2 0 ；9o2 0 7 1 5 l 一 i 饭l 中 】f l iji ) m 1 ) c ) ? i j ) ，) 7 u ( ) h l lf jl ：) o jol q 2 f ，h【j2 ( 】i l 1 ) 0 ( )o 5 8 7 4 2 7一o5 5 m0 0 ： ( ) ( ) 9一o 1 5 5 4 1 5 9o 2 0 ( ) 9 3 一o 2 0 ： 2 7 2 1 6 0o5 5 q 山8 90 5 6 1 9 5o o ： 5 3 5 70 6 2 8 7 0 80 4 ( ) 3 5 6 4 一o 3 7 5 7 8 i 表2 6 荷载作用在缝边时板内应力计算结果( 堕位m p a ) ， r ，j d no ， 2 b 8 0 o 5 0 ( j 2 70 5 5 j 2 4 |o 0 3 7 0 8 4一o 3 6r l l 2 50 1 ： 1 7 4 6 0 1 2 9 0 ( ) 5 衙位 1 8 4 0o 5 2 2 4 1 9一o 5 7 4 6 3 7o 0 6 5 0 6 0 3 3 7 4 4 l 0 1 1 9 7 2 7 一o 1 2 0 5 2 ：j 2 缝边 1 0 0 0 o 5 6 2 6 8 l 一0 5 8 9 6o 1 0 1 5 1 30 ，3 3 7 7 5 8o 1 3 2 2 2 4一o 1 3 4 5 0 l 1 6 0o 5 4 4 5 7 5一o 5 5 0 4 8 7o 0 5 0 6 7一o 7 3 1 5 1 3o 3 3 2 9 4 7 0 2 9 9 8 5 7 表2 7 荷载作用在相邻裂缝中部( 骑缝) 时板内应力计算结果( 单位m p a ) 荷位o o 柚i i o 懈to 憎ho o 训 2 6 8 0 o 4 0 4 4 0 8 一o 4 8 1 2 1 8o 0 7 2 3 8 80 4 0 3 9 3o 0 5 1 6 4 4 一o 0 5 4 7 9 4 荷位3 1 8 4 0o 4 3 3 6 9 60 5 0 4 0 7 3o 0 7 6 8 8 20 3 8 2 7 3 5 o 0 5 6 3 3 5一o ，0 5 0 3 1 7 骑缝1 0 0 0 o 4 4 8 5 9 8一o 4 9 2 7 2 5 o 0 9 3 9 8 20 3 8 5 4 8 5o 0 5 2 3 5 6一o 0 4 9 5 7 2 1 6 00 4 3 3 0 4 1一o 4 5 5 7 0 6o 1 l i 7 0 70 7 2 q 6 3 70 1 9 1 0 5 9 0 1 8 0 4 9 9 托伯o oi o ov l “ o 一1 o 2 6 8 0o 5 ：j 6 40 5 2 8 1 6 6o 0 2 2 2 3 2一o 1 4 3 5 0 6o 2 0 7 9o 2 0 7 4 1 5 1 8 4 0 o 5 6 6 0 5 70 5 7 5 7 0 9 o 0 3 8 2 1 4一o 1 5 5 3 5 5o 1 9 2 4 7 6一o 2 0 0 9 1 4 1 4 2 0o 5 7 8 0 8 4一o 5 7 6 9 9 8o 0 5 1 4 6 5一o 1 3 4 5 2 9o 2 0 1 1 2 80 2 0 3 6 5 6 荷位 1 0 0 00 5 8 3 4 2 7一o 5 5 8 40 0 4 3 0 0 9一o 1 5 5 4 2 5 90 2 0 0 9 3 一o 2 0 3 2 7 2 l 8 4 00 6 1 4 5 3 4一o 6 0 6 5 lo 0 2 8 8 6 5 一o 1 5 6 4 70 2 1 0 4 2 60 2 1 0 2 7 3 板中 7 9 0 o 6 3 0 0 0 5一o 6 1 5 5 1 3 o 0 2 9 9 3一o ，1 9 5 3 2 5o 2 1 1 9 2 4一o 2 1 2 5 0 9 7 4 0o 6 1 1 2 20 5 9 7 1 5 l0 0 2 9 3 7 6一o 1 8 0 7 9 60 2 l l l 8 2一o 2 1 1 0 6 l 5 8 00 6 1 6 1 8 60 6 1 4 8 1 60 0 2 6 4 2 l一0 1 7 7 8 7 8o 2 0 4 2 7 4 一o 2 0 2 8 4 5 1 6 0o 5 5 9 9 8 90 5 6 1 9 5o 0 3 5 3 5 7 一o 6 2 8 7 0 8o 4 0 3 5 6 40 3 7 5 7 8 4 9 荤 图2 6 荷载作用在板中时板内应力随作用位置变化图 由表2 8 可知，当荷载作用在板中时，斤5 8 0 8 4 0 m m 拉应力。一达到峰值。 当荷载作用在板边时，胙7 9 0 舢对应o 。= o 5 8 7 4 8 l m p a ，x = 5 8 0 嗍对应 o 。= o 5 6 6 5 2 3 m p a ，均小于相同距离下的板中应力值。 表2 一g 荷载作用在板中时板内主应力计算结果( 单位m p a ) 荷位 x o l 眦o l - i n o2 h 0h h o oh k 2 6 8 0 o 5 3 8 4 7 l一0 1 0 8 4 6 2 o 2 1 2 7 8 8- o 2 2 0 3 2 50 o 0 0 9 4 6一o 5 3 3 2 5 3 1 8 4 0o 5 6 6 5 9 6一o 1 n 2 7 3o 1 9 5 0 4 10 2 1 8 8 6o 0 0 8 2 6 8一o ，5 7 6 8 5 2 1 4 2 0o 5 7 8 6 1 8一o 1 1 2 4 7 3o 2 0 5 2 9 l一0 2 1 9 3 90 0 0 7 0 6 lo ，5 7 7 9 5 3 1 0 0 0o 5 9 3 6 3 1一o 1 1 1 3 9 80 2 0 4 7 7 5一o 2 1 8 9 9 8o 0 0 8 1 8 6咱5 8 5 8 5 9 荷位 8 4 0o ，6 1 5 2 1 50 1 0 6 1 9 9o 2 1 5 2 4 2_ o 2 2 2 6 0 l0 0 0 3 3 8 6一o 6 0 7 2 2 3 l7 9 0 0 6 3 0 1 9 9一o 儿4 2 3 5o 2 1 6 4 7 90 2 2 8 6 0 3o 0 0 9 5 5 7一o ，6 1 5 6 9 7 板中7 4 0 o 6 儿7 6 lo u 4 9 1 3 o 2 1 5 5 5 6 一o 2 2 5 3 7 5o 0 n 6 8 2 一o 5 9 8 0 5 5 5 8 0 o 6 1 7 2 6 6 0 1 0 5 4 6 3o 2 0 9 3 9 9一o 2 2 4 7 3 9o 0 1 3 0 3 lo 6 1 6 5 4 i 1 6 0o 5 6 0 2 4 8一o 2 1 4 1 0 70 2 4 0 8 8 50 3 3 9 4 3 8o o 0 0 8 0 8一o ，6 7 1 0 2 3 由表2 9 知，荷载作用在板中时板内最大主应力o 。的分布规律与板内应 力。一一致，且o 。zo 一。所以当$ o 5 m 时，基层临界荷位为板中，且位 于胆5 8 0 8 4 0 m m 处。 2 2 2 裂缝间距对基层临界荷位的影响 不同裂缝间距对基层板内应力及主应力会产生较大差异。研究中将裂缝间距 s 分别取值0 5 m 、1 o m 、1 5 m 、2 o m 、2 5 m 、3 0 m 进行分析。由于水泥混凝土 具有较强的抗压性能，在标准荷载作用下，取以上不同裂缝间距，在连续配筋混 凝土基层中产生的压应力变化范围为o 0 1 1 9 2m p a o 7 6 6 2 8 6 m p a ，该值远远小 于一般水泥混凝上的抗压强度。此外，拉应力分量o ，。及第二主应力o 。、第 1 0 、h b 三王应力。一讨并值较小且变化范围不大，所以本文重点研究基层板内拉应力 。、。及笫t 应力o 。的焚化见律。 ( 1 ) 小旧裂缝间距下，荷付l ( 板中) 时，板内应力变化及规i = l r ： i 豢f ：a 1 k 。一 rn1 8 、j ；。，一_ t ：j ” jz 睦兰一点堡王一一1 2 6 8 0 t 舶o7 帅5 8 0i l 型 j ! 堡! ! ! ! j 图2 7 板中时应力o 。随作用位置变化图 图2 8 板中时应力o ，。随作用位置变化图 由图2 8 可知，拉应力o 。： a ) 不同裂缝间距下，拉应力o 随作用位置的变化曲线基本一致；相同 裂缝间距下，随着作用位置x 向边缘移动，应力值趋于增大，当x = 5 8 0 2 6 8 0 咖 时，应力值变化幅度较小，当x 5 8 0 m 时应力值急剧增大。 b ) 同一裂缝问距下，应力峰值均出现在纵向边缘，即x 1 6 0 栅处，应力 最小值均出现在板正中，即x = 2 6 8 0 啪处。 c ) 对于相同的作用位置， s 2 5 m ，应力值有减小趋势( s = 4 o m ，最大。一= o 5 8 3 4 6 3 m p a ) 。 图2 - 9 板中时应力。一随作用位置变化图 ( 2 ) 不同裂缝间距下，荷位2 ( 缝边) 及荷位3 ( 骑缝) 时，板内应力变及 规律与分析荷位l 的方法相同，分别取六个不同裂缝问距s ，五个不同作用位置 x ，对倚位2 ( 缝边) 及荷位3 ( 骑缝) 进行了分析。发现，在x = 1 6 0 m m 、x = 7 9 0 舢、 x = 2 6 8 0 姗处，对应力值具有特殊意义，这与荷位1 时一致，所以以下对该三处 作用位置进行重点分析，如表2 一l o 、l l 。 表2 - 1 0 荷载作用在板边时板内应力计算结果( 单位m p a ) 裂缝作用位置x ( m ) 间距x = 1 6 0x = 7 9 0x = 2 6 8 0 s ( m ) 口一 o o i 删 口一 o o l 瑚o o d l 州 s ：o 50 ，5 4 4 5 7 5o 3 3 2 9 4 7o 5 4 6 3 2 20 5 6 2 6 8 l0 1 3 2 2 2 40 5 9 2 0 0 60 5 0 0 2 7o t 3 1 7 4 6 0 5 3 4 3 2 s = 1 0o 4 3 8 2 3 50 ，2 3 7 i 0 6o 4 5 1 9 0 8o 4 5 0 4 2 70 1 3 1 8 6 20 ，4 9 6 7 5o 4 3 5 6 3o i 3 6 7 7 30 4 3 6 4 6 8 s = 1 50 4 2 9 6 20 4 0 3 8 5 6o 4 3 3 2 5 60 4 3 8 8 6 30 2 1 5 0 9 70 4 8 1 4 3 7o 4 3 5 2 8 20 2 1 4 9 5 30 4 3 5 9 6 l s 一2 00 4 1 9 0 9 00 ，4 4 7 3 5 6o 4 5 6 3 2 20 4 3 0 1 7 90 2 4 9 2 7 40 4 7 0 6 3o 4 2 9 2 i lo 2 4 5 1 7 1 0 4 2 9 7 4 4 s = 2 50 4 2 1 3 0 00 “0 4 4 2o 4 b 2 6 3 204 2 9 6 8 70 2 5 2 5 2 90 4 6 9 7 9o 4 3 3 0 2 9o 2 5 0 6 6 9 0 4 3 3 5 9 4 s = 3 00 4 2 2 3 5 70 4 3 6 1 4 40 4 5 0 5 7o 4 3 0 5 0 60 2 5 7 1 4 30 4 7 0 6 “0 4 3 5 0 4 7o 2 4 9 8 2 70 4 3 5 5 8 3 表2 - ”荷载骑缝时板内应力计算结果( 单位m p a ) 裂缝作用位置x ( m ) 间距x = 1 6 0x = 7 9 0x = 2 6 8 0 s ( m ) o o d l 蛆 。一 o a i 叫 。一 o 硼0 s = o 5o 5 4 4 5 7 50 3 3 2 9 4 7o 5 4 4 5 7 50 5 6 2 6 8 l0 1 3 2 2 2 4o 5 6 2 6 8 10 4 0 4 4 0 80 0 5 1 6 4 4o 5 0 0 2 7 s = i o0 ，2 7 2 8 7 9o 2 4 1 3 2o 3 1 4 6 6 50 3 0 2 8 3 40 1 5 4 1 8 30 3 2 0 3 8 20 2 6 4 9 7 60 1 4 8 0 6 i0 2 9 3 2 6 4 s = 1 50 2 6 2 5 8 2 0 3 2 1 4 2 o 3 2 4 7 2 60 2 8 4 0 5 20 1 9 6 7 0 40 3 0 9 4 4 50 2 6 7 2 1 50 1 8 4 3 1 2 0 2 8 3 8 9 s = 2 0 0 2 5 9 2 2 90 3 3 8 9 6 9o 3 4 2 5 9 lo ，2 7 8 8 2 2 0 2 1 4 0 2 7 0 3 0 5 5 5 50 2 6 9 5 5 80 1 9 9 7 2 8o 2 8 2 4 3 9 s = 250 2 5 8 1 9 30 3 4 1 7 6 7o 3 4 5 l0 2 7 6 5 3 50 ，2 1 8 6 9 90 3 0 4 5 6 60 2 7 0 5 6 2o 2 0 3 7 3 6 0 2 8 1 4 8 l s = 3 0o 2 5 6 2 0 40 3 5 8 3 4 5o 3 6 4 0 0 60 2 7 9 1 0 90 2 2 8 9 3 30 ，3 0 3 5 0 io 2 7 0 l l l 0 2 1 4 8 1 9o 2 8 3 2 3 2 1 2 对比表2 1 0 、n ，可知荷位2 ( 缝边) 及荷位3 ( 骑缝) 时，板内应力变化 规律萆本0 肿： 不同锭缝间距s 下，当x 7 9 0 m 州，o to 。，( 1 随着x 边缘t q 向1 f r f 移。力，且以。，州小，几1 4 。io ： 肖x 1 5 m 时， o 成为猝制府，j ，o o 。 不同裂缝间距sf ，x = 7 9 d m m 州，o 。勺u 。均出现峰f 菹。 f t 川1 0 川“、h ，i 一 2 o m 后各应力均趋丁稳定。 2 2 3 临界荷位的确定 选择连续配筋混凝土基层的临界荷位，取决于最大主应力o 。，在板内能够 产生最大主应力o 。的荷位即为临界荷位。现将不耐裂缝| 日j 距下，三种荷位作 用时，各产生的最大主应力o 。汇总如下。 由表2 一1 2 可见，扳中或缝边作用时，距纵向自由边缘o 7 0 0 m m 的范围可能 为临界荷位。进一步分析，重点考虑不同裂缝间距下，板中和缝边作用时，作用 位胃x = l 印m m 、7 9 0 唧的主应力o 。；的变化规律。 图2 _ 1 0 临界荷位变化图 由图2 一1 0 临界荷位变化图可以确定： ( 1 ) 当裂缝问距s 1 5 m 时，荷载作用板中纵向边缘附近为临界荷位。此时， 由图2 8 、9 可知，o 。zo 一，o 。，成为控制应力。 ( 2 ) 当裂缝间距1 o j n s 1 5 m 时，荷载作用缝边距纵向边缘o 7 m 附近为 临界荷位。此时，ol m a x ax l i i a x ，ox i i l a x 成为控制应力，见表2 一1 0 。 ( 3 ) 当裂缝间距s 1 o i n 时，荷载作用在扳中或缝边距纵向边缘0 7 m 附近 都有可能成为临界荷位，应分别计算，以较大值对应的荷位作为临界荷位。