水泥混凝土路面传力杆设置间距分析.pdf

公路 2010 年 4 月 第 4 期HIGHWAY Apr 1 2010 No 1 4 文章编号 0451 0712 2010 04 0035 03 中图分类号 U416 216 文献标识码 B 水泥混凝土路面传力杆设置间距分析 高 伟 东北林业大学 哈尔滨市 150040 摘 要 综合考虑横向接缝传荷 传力杆剪切 传力杆弯曲 水泥混凝土承受的传力杆压力 以及对路面板底拉 应力的影响 采用布拉德伯利 R D Bradbury 传力杆实用设计验算公式和水泥混凝土路面三维有限元分析程序 EverFE 对传力杆设置间距进行探讨 结合试验观测 认为当路面板厚度大于 24 cm 时 传力杆间距可以适当增大 这对节省传力杆钢筋用量 合理控制公路建设成本具有现实意义 关键词 水泥混凝土路面 横向缩缝 传力杆 间距 设计 传统的水泥混凝土路面 横向预切缩缝0 主要 依靠水泥混凝土板缩缝侧面骨料的嵌挤 摩擦及基 层的刚度来传递荷载 由于水的浸透 冲刷 温度 循环 轮载等反复作用 这种传荷方式存在一定问 题 容易造成板边 板角挠度增加 以及唧泥 错台和 板底脱空等 解决这些问题的主要有效方法就是在 缩缝处增设传力杆 国内外有关研究与实践表明 对于水泥混凝土路面而言 接缝传力杆的作用极其 关键 1 接缝是水泥混凝土路面最薄弱的地方 接 缝处板边弯沉和温度应力翘曲变形大 是路面易于 产生断裂的重要因素 2 在黑龙江省这样的高寒地 区 年最大温差可达 77 16 e 8410e 路面胀缩严 重 仅靠 横向预切缩缝0侧面的集料嵌锁力和摩擦 力无法保持长期稳定的接缝传荷效果 传荷能力下 降 会导致板边 板角挠度的增加 荷载应力随之增 大 3 板边 板角挠度增大 使接缝渗入的自由水产 生强烈的泵吸现象并冲刷半刚性基层的表面 加速 了板底脱空的形成 4 接缝因泵吸现象产生错台 尽管初期错台十分微小 却大大降低了水泥混凝土 路面的行驶舒适性 5 设置接缝传力杆是消除现有 普通水泥混凝土路面上接缝的 咯噔0现象 并长期 保持路面平整度的重要措施 设置接缝传力杆时 其布设间距是一项重要指 标 水泥混凝土路面传力杆的长度一般为 40 70 cm 设置间距为 20 50 cm 我国采用的长度为 40 50 cm 最大间距为 30 cm 传力杆间距的确 定需要考虑接缝传荷的需要 以及对路面板应力的 影响 1 基于板块间荷载传递的传力杆间距选择 传力杆的受力状态比较复杂 包括荷载引起的 剪切 弯曲和水泥混凝土的支承压力等 许多国家根 据路面板的厚度来确定传力杆的尺寸及布置间距 本文采用解析方法 即布拉德伯利 R1D1 Bradbury 提出的传力杆实用设计验算公式进行有关的验算和 分析 分析中涉及 2 个系数 即 需要有效系数0和 实际有效系数0 需要有效系数是指实际要求传递的荷载分配 到传力杆体系中 所需要的总的有效系数 为实际 要求传递的荷载与单个传力杆的最大承载能力之 比 实际有效系数是指传力杆体系布置完成后 对 传力杆所承受的实际车轮荷载按有效系数进行分 配 各传力杆分配到的有效系数之和 当 实际有 效系数0 需要有效系数0 则传力杆布置方案满 足要求 弗雷勃 格 Friberg B 1F 根 据威 斯特 卡德 H1 M1 Westergaard 提出的理论分析 提出传力杆 体系的受力有效范围为 1 18 倍的路面相对刚度半 径 因此 传力杆间距大 则在这一范围内可布置的 传力杆数量减少 可分配到的有效系数的和 即实际 有效系数 就变小 反之则增大 我们应用 VB6 10 软件编制了辅助分析程序 其中传力杆的长度和直 径按现行规定 得出传力杆间距与有效系数的关系 如图 1 所示 收稿日期 2010 02 02 图 1 传力杆间距与有效系数的关系 由图 1 可知 实际有效系数随传力杆间距的增 大而迅速减小 当路面板厚度在 24 cm 以下时 传 力杆间距取30 cm 能够较好地满足有效系数验算条 件 但当路面板厚度 24 cm 时 实际有效系数比 需要有效系数高出很多 图 1 中前者比后者高出 24 15 151 而且面层板越厚 超出越大 因此 当面层板厚度大于 24 cm 时 应适当增大传力杆的 间距 根据验算结果并参考国外有关经验 建议传 力杆最大间距取 40 cm 此时实际有效系数与需要 有效系数的配合较为合理 由此可以减少传力杆钢 筋用量约 27 以上验算考虑了传力杆钢筋的剪切 弯曲和水 泥混凝土的局部受压作用 另外 传力杆间距的改 变将对水泥混凝土路面板的应力产生一定影响 下 面作进一步分析 2 传力杆间距增加对路面板板底弯拉应力的影响 作为水泥混凝土路面板块之间传递荷载的结构 组成部分 传力杆间距的改变将对水泥混凝土路面 的荷载应力产生一定的影响 在此采用美国华盛顿 大学与缅因州大学联合开发的水泥混凝土路面三维 有限元分析程序 EverFE Software for the 3D F i nite Element Analysis of Jointed Plain Concrete Pavements 对两种间距情况下的路面板底弯拉应 力进行计算分析 主要计算参数如表 1 所示 表 1 水泥混凝土路面计算参数 水泥混凝土材料参数面层板尺寸 cm基 层 弯拉模量 MPa 泊松比 横向 宽度 纵向 长度 厚度 厚度 cm 泊松比 回弹 模量 M Pa 地基反 应模量 MPa mm 缩缝宽度 mm 传力杆 直径 mm 长度 cm 间距 cm 温度梯度 e m 31 0000 1 1545050026200 1 251 3000 1 032 1 0325030 4085 对双车道无硬路肩的情况 单轴双轮组轴载 100 kN 作用在路面横缝边缘中部和纵缝边缘中 部位置时 对应横断面的板底弯拉应力分别如图 2 图 3 所示 36 公 路 2010 年 第 4 期 图 2 横缝边缘横断面的板底弯拉应力 车轮作用在横缝边缘中部 对双车道有水泥混凝土硬路肩 路肩宽度为 1 15 m 厚 26 cm 的情况 单轴双轮组轴载 100 kN 图 3 纵缝边缘中部横断面的板底弯拉应力 右轮作用在外侧纵缝边缘中部 作用在纵缝边缘中部位置时 对应横断面的板底弯 拉应力列于表 2 表 2 与传力杆间距对应的板底拉应力 有水泥混凝土硬路肩 MPa 位置 cm0 1 550100150200250275300350375400425450 传力杆间距 30 cm1 1 9231 1 9532 1 0202 11852 1 5562 1 9402 1 9032 1 7322 1 768218993 1 2233 1 4513 1 584 传力杆间距 40 cm1 1 9061 1 9352 1 0002 11642 1 5342 1 9192 1 8822 1 7132 1 751218833 1 2093 1 4383 1 573 由图 2 可知 当轴载作用在横缝边缘中部时 其 他条件不变 传力杆间距取 30 cm 和 40 cm 该横断 面处水泥混凝土板底的弯拉应力分布曲线非常接 近 其中峰值应力相差约 015 从表 2 图 3 可知 轴载作用在纵缝边缘中部 右侧车轮位于车道外侧纵缝边缘中部 时 若其他 条件不变 传力杆间距取 30 cm 和 40 cm 该横断面 的水泥混凝土板底弯拉应力数值十分接近 总体上 看 40 cm 间距时的应力变小 相差 0 1 3 1 10 并且越靠近车道外侧纵缝边缘中部 相差越小 即不 利荷载位置处的板底弯拉应力差别微小 3 传力杆间距增加对传荷系数的影响 以上验算实际上已经考虑了接缝传荷 传力 杆剪切 传力杆弯曲 水泥混凝土承受的传力杆压 力 以及对路面板底拉应力的影响 在有关路段 施工期间 为验证传力杆间距增加对接缝传荷系 数的影响 在修建 30 cm 传力杆间距的横向预切缩 缝时 增设了 3 道 40 cm 传力杆间距的横向预切缩 缝 经过 4 年多的跟踪调查 前者的接缝传荷系 数在 0185 1100 之间变化 后者在 0187 0198 之间变化 两者基本一致 所产生的差别在于 30 cm 间距的传力杆横向预切缩缝数量较多 计有 96 道 因此观测数据变化范围较大 而无传力杆 缩缝的传荷系数有一部分已经降低到 017 以下 并出现了板底脱空迹象 4 结语 水泥混凝土路面具有使用年限长 养护工作量 小 能源消耗小 环保 对交通等级和环境适应性强 等优点 在我国高等级公路建设中曾广泛采用 由 于存在耐久性不足等问题 近年来出现了较多的结 构性损坏 且平整度 舒适性下降严重 其应用受到 很大影响 提高水泥混凝土路面的耐久性 需要兼 顾水泥混凝土材料和路面结构两方面的耐久性 全缩缝传力杆技术0是提高水泥混凝土路面结构耐 久性的最直接 也是最简便有效的手段之一 世界道 路会议常设委员会 PIARC 在广泛征集欧美各国使 用经验的基础上 提出路面性能在满足一定标准时 无传力杆缩缝的适用范围 即对于冰冻潮湿地区 基 层为水泥或沥青稳定粒料时 货车交通量 轴载 13 t 不得超过 150 辆 d 或 9 10 t 货车 300 辆 d 如 果能保证基层顶面耐冲刷 该交通量阀值可提高 1 2 倍 如果有内部排水系统 可再提高 1 2 倍 日本规定 普通水泥混凝土路面0原则上都要使用钢 筋网 3 kg m2 和边缘加强钢筋 在大型车交通量 37 2010 年 第 4 期 高 伟 水泥混凝土路面传力杆设置间距分析 公路 2010 年 4 月 第 4 期HIGHWAY Apr 1 2010 No 1 4 文章编号 0451 0712 2010 04 0038 03 中图分类号 U412 124 文献标识码 B 公路测量中 RT K GPS 技术的应用 武廷江 濮阳市公路管理局 濮阳市 457000 摘 要 对 RT K GPS 测量技术工作原理进行了说明 并对 RTK GPS 技术在公路测量中如何应用进行了详细 的阐述 关键词 RTK GPS 技术 导线测量 高程控制测量 在GPS 实时动态定位技术没有形成前 GPS 仅 仅用来作控制测量 以代替经纬仪或全站仪 随着 GPS 设备 技术 功能的不断进步与完善 特别是近 几年来 RT K GPS 技术的快速发展 它已能够实时 提供在任意坐标系中的三维坐标数据 因而在公路 勘察设计中的应用也更加广泛 如果 RT K GPS 和 一般的路线 CAD 程序共同应用 将真正实现内外 业数据共享 从而使勘察设计工作更为快速 高效 并且使公路路线优化设计的方法大为简化 1 RTK GPS技术的简介 常规的 GPS 测量方法 如静态 快速静态测量 都需要事后进行解算 才能获得厘米级的精度 而 RT K GPS 是能够在野外实时得到厘米级定位精度 的测量方法 它采用了载波相位动态实时差分 real time kinematic 方法 是 GPS 应用的重大里 程碑 它的出现为工程放样 地形测图 各种控制测 量带来了新曙光 极大地提高了外业作业效率 高精度的 GPS 测量必须采用载波相位观测值 RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动 态定位技术 它能够实时地提供测站点在指定坐标 系中的三维定位结果 并达到厘米级精度 在 RT K 作业模式下 基准站通过数据链将其观测值和测站 坐标信息一起传送给流动站 流动站不仅通过数据 链接收来自基准站的数据 还要采集 GPS 观测数 据 并在系统内组成差分观测值进行实时处理 同时 给出厘米级定位结果 流动站可处于静止状态 也 可处于运动状态 可在固定点上先进行初始化后再 进入动态作业 也可在动态条件下直接开机 并在动 态环境下完成整周模糊度的搜索求解 在整周未知 数解固定后 即可进行每个历元的实时处理 只要能 保持 4 颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何 收稿日期 2010 03 02 T 24 cm 时 推荐采用 40 cm 即路面板厚度较大时 传力杆间 距可以相应增大 传力杆采用合理间距 选择适当 的直径 对减少传力杆钢筋用量 节约公路建设成本 具有积极意义 参考文献 1 邓学钧 陈荣生1 刚性路面设计 第二