层布式钢纤维混凝土路面设计的研究.pdfVIP

‘工程力学》增刊 1999 ·159· 层布式钢纤维混凝土路面设计研究 卢哲安陈军明任志刚陈应波 (武汉工业大学土木工程与建筑学院武汉430070) 提要 本文对层布式钢纤维混凝土路面进行了设计研究．应用有限元方法分析其应力分布，以确定层 布式钢纤维混凝土路面的厚度和缩缝间距． 关键词 层布式，铜纤维混凝土，路面，有限元法 l引言 钢纤维混凝土是一种性能优良的新型路面材料。它能显著提高混凝土的抗拉强度、抗 弯拉强度、抗冻性、抗冲性、抗磨性、抗疲劳性能。钢纤维掺与混凝土中主要有两种方法： 其一．是将钢纤维与水泥、砂、石一起搅拌，形成整体钢纤维混凝土；其二，将钢纤维和 搅拌好的素混凝土通过特制的喷枪同时喷出，在空气中混合最后形成整体式钢纤维混凝 土。近年来，随着对钢纤维混凝土的研究不断深入，钢纤维混凝土的工程应用逐步扩大。 国内外，对钢纤维混凝土用于路面、桥面、机场作了深入研究。研究结果表明：由于钢纤 维混凝土的优异力学性能，使得砼路面厚度可降低30％qO％，缩缝间距可延长至2肚50m， 使用寿命可延长10年，这一成果令人鼓舞．但另一方面，由于钢纤维混凝土比素混凝土 每立方米多用水泥50~60％，钢纤维8∞100kg．同时钢纤维混凝土的搅拌非常困难，施工 难度大，这严重制约了钢纤维混凝土在路面工程的应用。 有鉴于此，我们提出一种“层布式钢纤维混凝土路面”，即将少量钢纤维分上下两层。 均匀撒布于路面板的板底与板项中。它能充分发挥钢纤维混凝±的增强作用，同时又能使 工程造价大幅降低，施工工艺简便易行，具有良好的社会经济效益和广阔的推广应用前景。 2理论分析 2．1层布式钢纤维混凝土板力学模型的建立 混凝土板具有很大的刚性，在荷载作用下变形很小，基本处于弹性工作状态，因此可 以把它当作是弹性的板体；另一方面，板体在垂直荷载作用下产生的挠度很小，因而支承 它的基层和土基的变形也很小，可以认为路面是弹性地基上的弹性扳。在此基础上采用有 限元分析混凝土路面的挠度与应力。 对土基和上下基层的弹性模量进行当量换算。简化多层地基，得到等效的地基弹性模 量。将地基弹性模量换算成地基反力系数，采用文克莱地基假设，对路面进行弹性阶段分 析，用vbn-miss％强度理论对厚度一定的路面进行计算。 卢哲安．男．19498出生．高擐工程师 湖北省高速公路管理局壹助项目 ‘160’ 《工程力学》增刊 1999 混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素作用下，将产生压应力和弯拉应力。混凝土 面板所受的压应力与混凝土的拉压强度相对很小，而所受的弯拉应力则比压应力大得多， 可能导致混凝土面板的抗拉强度不够，导致开裂破坏。因此，在设计混凝土面板厚度时， 应以弯拉强度为其设计标准。 2．2有限元结构计算 设计基本参数：山区二级路面，车速40Knl／h属重交通量，标准换算400辆／天，最大吨位 为挂100。交通量年增长率为6％．设计使用年限30年。 混凝士路面在使用过程中受到许多因素的影响下，其应力分析比较复杂，通常认为起 决定性因素的还是行车荷载和温度变化，也就是荷载应力和温度应力，故用有限元仅分析 荷载应力和温度应力。 JTJ012—94路面设计规范规定，选取纵缝中部作为i临界荷位，计算荷载取标准轴载 P=100KN，温度梯度取自然路面区划为Iv类，分别进行荷载应力和温度应力的计算。用 最大吨位荷载挂100进行验算。 对荷载疲劳应力的计算式为lIJ： o o弹fkcDs 取k。=1．35．k，=0．87，由于kf=N。“0516 M：丝世±!』二坠塑仃 y 其中，，=6％，为车轮轮迹横向分布系数，与自然路面区划有关，以IV类地区为准查规范， 取叩20．36．则kf22．195，o o p=l(rlc挑op。=2．578p5 对温度疲劳应力的计算式为： 。t=ktot- 其中k。为温度疲劳作用系数。 JTJ012—94路面设计规范采用