公路2010年4月第4期HIGHWAYApr12010No14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24cm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7716e~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40~70cm,设置间距为20~50cm(我国采用的长度为40~50cm,最大间距为30cm)。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(R1D1Bradbury)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,B1F)根据威斯特卡德(H1M1Westergaard)提出的理论分析,提出传力杆体系的受力有效范围为118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VB610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24cm以下时,传力杆间距取30cm能够较好地满足有效系数验算条件。但当路面板厚度\24cm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2415%~151%,而且面层板越厚,超出越大。因此,当面层板厚度大于24cm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40cm,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...
