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        水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法

        2012-10-16 03:14:04趙治國
        黑龍江交通科技 2012年1期
        關(guān)鍵詞:基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計路面

        趙治國

        (大慶市華大道橋有限公司)

        水泥混凝土路面從工程結(jié)構(gòu)分類來看,應(yīng)屬于巖土工程的地基結(jié)構(gòu)物,因此混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法是隨著結(jié)構(gòu)工程設(shè)計理論與巖土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展而不斷發(fā)展并完善。在荷載圖式方面,最早采用靜力作用點荷載,后來提出了靜力作用均布面荷載(如圓形、橢圓形、圓頭矩形荷載等)。美國波特蘭水泥協(xié)會(PCA)最早提出了混凝土疲勞斷裂的概念,設(shè)計方法改用多次重復(fù)作用靜荷載,混凝土的極限控制指標(biāo)用疲勞極限應(yīng)力表示。20世紀(jì)60年代后提出了荷載動力影響問題,考慮荷載的振動與移動效應(yīng),在設(shè)計方法中摻入了動力響應(yīng)系數(shù)。

        在地基模型方面,一般均采用溫克勒地基模型和彈性半空間均質(zhì)地基模型,至今仍然是世界各國設(shè)計方法的基礎(chǔ)。在研究探索中也有提出采用黏彈性地基,雙參數(shù)地基、多層地基、非線性彈性地基等模型,但是由于數(shù)學(xué)概念的復(fù)雜性和參數(shù)測定的困難,至今在設(shè)計方法中均未采納。

        在路面板的形態(tài)方面,威斯特卡德最早提出了溫克勒地基上矩形板彎特定加載位置下,荷載應(yīng)力的求解方法。后來提出了半空間彈性地基上無限大圓板的求解方法。20世紀(jì)70年代隨著計算機應(yīng)用和有限元分析法的推廣,提出了有限尺寸板在各種模型地基支承下,任意荷載位置的荷載應(yīng)力求解方法,以及各種不同邊界傳力條件下的解算方法。

        20世紀(jì)80年代工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提出以概率法替代定值法,引入可靠度概念,對于混凝土路面設(shè)計,引入可靠度后的設(shè)計方法仍然以路面板的極限疲勞彎拉應(yīng)力作為極限狀態(tài)指標(biāo)。結(jié)構(gòu)分析的理論基礎(chǔ)與分析方法仍然沒有本質(zhì)的變化。

        從20世紀(jì)50年代至今,我國水泥混凝土路面設(shè)計理論導(dǎo)方法不斷改進,曾經(jīng)于1958年、1966年、1984年、1994年、2003年頒布過5個版本的設(shè)計規(guī)范。2002年由中華人民共和國交通部頒布的中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D40-2002)是現(xiàn)行的我國最新的混凝土路面設(shè)計規(guī)范。新規(guī)范列出的設(shè)計方法以彈性半空間地基有限大矩形板模型為基礎(chǔ),以100 kN單軸雙輪標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力控制設(shè)計。設(shè)計方法采用了可靠度設(shè)計方法,以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計的極限狀態(tài)。該方法綜合了多年來我國道路界在科學(xué)研究和工程實踐中積累的成果和經(jīng)驗,可用于指導(dǎo)我國當(dāng)前混凝土路面工程設(shè)計。

        1 混凝土路面設(shè)計基準(zhǔn)期

        路面設(shè)計基準(zhǔn)期是計算路面結(jié)構(gòu)可靠度時,考慮各項基本度量與時間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時間。也可理解為保證路面結(jié)構(gòu)達到規(guī)定可靠度指標(biāo)的有效期間。

        混凝土路面設(shè)計基準(zhǔn)期與公路等級有關(guān),可根據(jù)公路在路網(wǎng)中的功能定位,當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展的需求以及投資條件等因素,經(jīng)綜合論證后確定。通??蓞⒄毡?選定。

        表1 公路混凝土路面設(shè)計基準(zhǔn)期參考值

        2 標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載當(dāng)量換算

        水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以100 kN單軸一雙輪組荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載。不同軸一輪型和軸載的作用次數(shù),應(yīng)按式(1)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。

        式中:Ns為100 kN的單軸一雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載的通行次數(shù);Pi為各類軸一輪型i級軸載的總重,kN;N為軸型和軸載級位數(shù);Ni為各類軸一輪型i級軸載的通行次數(shù);Δi為軸一輪型系數(shù)。

        3 混凝土路面交通等級劃分

        水泥混凝土路面所承受的軸載作用,按照設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道臨界荷位承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量累計作用次數(shù)分為4級,分級范圍見表3。

        表3 公路混凝土路面交通分級

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