开裂水泥混凝土路面加设传力杆作用评价

开裂水泥混凝土路面加设传力杆作用评价 文章编号:1671-2579201101-0050-05开裂水泥混凝土路面加设传力杆作用评价曹云龙王端宜 编译华南理工大学土木与交通学院广东广州 510641摘要:使用刚性路面有限元程序ISLAB2000对横向开裂水泥混凝土路面加设传力杆进行模拟 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 讨论了加设传力杆的即时理论效果。同时使用密歇根州与华盛顿州DBR路段FWD检测数据验证了加设传力杆理论效果的正确性。研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:当裂缝传荷系数大于89时传力杆的加设将不会提高裂缝的传荷水平。而不考虑温度梯度情况下DBR处理后传荷系数低于80的裂缝荷载作用于裂缝时各裂缝附近拉应力值大小相近。关键词:混凝土路面裂缝荷载传递传力杆收稿日期:2010-05-04 荷载在横向裂缝间的传递对于保持水泥混凝土PCC路面令人满意的性能至关重要。理想状态下当荷载从裂缝或接缝一侧传递到另一侧时裂缝或接缝两侧板块平均承担荷载。通过荷载的共同分担路面弯沉及随后的损坏能得到减少Poblete等1988。在美国人们很早就认识到需要使用一种提高接缝和裂缝传荷能力的方法来防止州际公路网的性能降低。自20世纪80年代初许多州使用了传力杆加设 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 并取得了成功。多年来加设传力杆施工技术得到改进解决了混凝土覆盖物过于密实、切槽剥落、传力杆偏差及其他施工相关问题。1 传力杆的加设1.1 加设传力杆的重要性对于水泥混凝土路面而言DBR既可以作为一种预防性养护措施也可作为一种矫正性维修措施。作为预防性养护方法DBR只在路面处于令人满意状况下应用于尝试消除或者减少潜在的断裂、唧泥、板角破坏及剥落病害。在这种情况下从应力或者荷载传递效率方面来说修复后DBR不会立即对路面起到结构方面的作用。然而随着时间的推移普遍认为应力的增大和传荷效率的降低处于一个较慢的速度从而提高了混凝土路面的结构寿命。目前还没有加设传力杆裂缝的性能衰减模型但是已有对DBR的室外评价特别是华盛顿州Pierce1994、1997进行了已超过10年的室外评价工作。矫正性维修是使路面性能提高到令人满意水平必须采取的措施。在低于交通部门设置的阈值时进行修复被视为矫正性维修图1。一般来说对于加设传力杆维修措施没有一个被各路面机构普遍接受的阈值Zaniewski和Mamlouk1996。除了破坏的接缝或裂缝处需打磨平整之外DBR矫正性维修步骤与预防性养护工序类似。作为矫正性维修方法DBR通常用于接缝或裂缝处荷载传递效率的提高和应力的减小从而降低出现断裂和剥落病害的可能。一般来说传力杆作为一种矫正性维修装置既可以提高路面初始性能同时也可以延长路面使用寿命如图1所示。在预防性与矫正性维护情况中DBR提供了一种延长荷载传递能力及给接缝或裂缝带来相关益处的方法。图1 修复效果随时间变化的比较1.2 目前加设传力杆方法大多数州以项目段为基础选择欲用于DBR处理的裂缝或接缝各项目包括数英里无较多材料相关病害、结构合理的混凝土路面其中主要横向裂缝延伸至路肩无剥落。对于所有符合规定标准的裂缝或者原05 中 外 公 路第31卷 第1期2011年2月先没有安装传力杆的接缝只要场地允许就可以进行加设传力杆修复。而严重剥落的横向裂缝一般使用全深修补处治因为随着时间的推移裂缝附近混凝土在结构上不足以支承传力杆。可以根据落锤式弯沉仪FWD检测结果选择用于DBR处理的裂缝或接缝。当FWD荷载作用于裂缝或接缝一侧时另一侧同样产生响应。荷载未作用一侧的响应量与接缝或裂缝对荷载的传递能力成正比。未承受荷载一侧板边挠度值与荷载作用一侧板边挠度值之比称为荷载传递系数LTEδ可以通过式1计算:LTEδδUδL1式中:LTEδ为荷载传递系数δU为裂缝或接缝未受荷一侧弯沉δL为裂缝或接缝荷载作用一侧弯沉。使用LTEδ时认为裂缝对荷载的传递量与裂缝两侧相对弯沉成正比 Pierce1997。对于高荷载传递效率的裂缝两侧板均匀分担弯沉与应力因此弯沉、应力值有所减小。2 加设传力杆的有限元模拟2.1 有限元分析对道路断面各变量的一系列变化值使用有限元程序ISLAB2000进行分析。水泥混凝土路面典型参数代表值:地基反应模量k27.1、67.9、108.6kPa/mm混凝土面板厚度h152、203、254、305、356mm集料嵌锁因子AGG1.06900MPa温度差ΔT0、-8.3、8.3?。对于该分析其他材料与几何性质常量设置如下:1板长9.1m2板宽3.7m3面板弹性模量27600MPa4面板泊松比0.155面板热膨胀系数7.9×10-61/?6面板密度2400kg/m37传力杆属性:直径32mm弹性模量138000MPa泊松比0.20传力杆长度475mm。在所模拟裂缝一侧设置大小为40kN的荷载以模拟进行荷载传递效率检测时FWD所施加的荷载。有传力杆和没有传力杆情况下对相同参数进行了分析以讨论模拟传力杆加设的优点。如图2所示为了模拟传力杆的加设在轮迹下面板厚度方向中部以0.3m间隔分别设置2组传力杆每组传力杆3根。假设覆盖植入传力杆的修补混合料弹性模量与面板其余混凝土弹性模量相同。对该分析中的所有路面结构假设路肩不传递荷载。图2 有限元模拟中传力杆的加设位置单位:m未加设传力杆与加设传力杆情况下裂缝荷载传递效率的分析是基于对裂缝切槽加设传力杆不会导致集料嵌锁作用损失的假设进行的。对两种情况下的荷载传递效率进行比较以评价传力杆对荷载传递能力的提高。图3表明一组特定条件h203mmk67.9kPa/mmΔT0?下给定集料嵌锁因子AGG时加设传力杆前后荷载传递效率的不同。图4为相同h、k、ΔT值时加设传力杆前后裂缝附近主拉应力。图3 给定集料嵌锁因子AGG水平下LTEδ的增加图4 加设传力杆后临界拉应力的变化如图3所示集料嵌锁作为唯一传递荷载手段的曲线和表示集料嵌锁与传力杆共同传递荷载的曲线交叉于一个明显的分界点。对于给定裂缝或接缝该分界点代表传力杆对LTEδ起增加作用的最大值点。对于本模拟中一系列输入参数该分界点荷载传递系数15 2011年第1期 曹云龙等:开裂水泥混凝土路面加设传力杆作用评价 约为91。一般来说不考虑板厚k67.9kPa/mm时该分界点值介于9192之间。k值分别为27.1、108.6kPa/mm时分界点为9495与8990。分析趋势表明:如果在LTEδ高于以上水平时加设传力杆则不会立即在LTEδ上取得一定效果。这些信息对于考虑使用DBR作为修复方法的运输部门是有价值的。图5使用图3中所考虑的相同数据但是在确定加设传力杆后LTEδ时避免了使用参数AGGAGG难以准确估定。在h230mm、ΔT0?情况下考虑k取不同值时加设传力杆后的LTEδ。图5说明DBR处理后LTEδ的增长依赖于地基反应模量。对于DBR处理低水平的地基反应模量一般提供更大的LTEδ增长。受荷载侧弯沉高度地依赖于荷载的水平而较少依赖于路基支承。因此对于取值范围合理的k值弯沉大小水平是类似的。然而非直接受荷载作用侧弯沉受荷载大小影响较小其弯沉更多地取决于路基的支承。相同荷载传递水平下路基较软弱时非直接受荷载作用侧沉降更大。软弱路基非受荷载作用侧的较高弯沉相当于较高的计算LTEδ。因为LTEδ的获得是基于受荷侧与未受荷侧的相对弯沉值。图5 不同k值大小下加设传力杆前后的LTEδ值图6是图5所呈现趋势的另一种变化其 中考 中考数学全套课件中考心理辅导讲座中考语文病句辨析修改中考语文古诗文必背中考单选题精选 虑了板顶与板底间的温差。为了简化假定板厚方向温度呈线性变化。对于加设传力杆前给定水平的LTEδ根据分析趋势可以看出当负温度梯度时可以使LTEδ增加更大。负温度梯度时接缝变成无支承荷载引起的弯沉也大于完全支承接缝同样非受荷一侧也是无支承的也会有更大量的弯沉从而可以提供更大的LTEδ。该分析使用的裂缝宽度与所有分析情况下相同。2.2 选择性加设传力杆的优点图35所示分析趋势可以帮助运输部门设置图6 温差变化对加设传力杆后LTEδ的影响LTEδ阈值大小以在裂缝位置获得最大的荷载传递。如前面所讨论图3中两曲线间分界点表明在该点加设传力杆开始对LTEδ有即时理论影响。因此作为一种矫正性维修措施用于DBR处理的LTEδ阈值应该设置在低于该水平的一个点上在图3示例中LTEδ91。图3也指出当仅有集料嵌锁作用情况下LTEδ达到约80时仅有集料嵌锁作用时和集料嵌锁加传力杆共同作用时的LTEδ差异明显减小因此对于该特定大小的h、k、ΔT取值进行加设传力杆处理的理想荷载传递阈值将是该大小水平80。不过应注意尽管这些趋势可能意味着不需要高质量的集料但是高质量集料的持久荷载传递能力可以延缓对DBR处理的需要。图4也可以用来指导设置理论阈值以限制最大拉应力。对于图4中所考虑的h、k、ΔT值当LTEδ低于7580时加设传力杆后混凝土拉应力最大值趋于维持在同一水平因此在裂缝性能衰减超过该大小水平过程中并不能获得显著的益处。对于该水平h、k、ΔT路面检测时使用FWD运输部门可以设置LTEδ阈值接近7580从而进行加设传力杆修复措施。相反地AASHTO建议当横向裂缝或接缝表现出的LTEδ水平低于50时应考虑荷载传递的修复这是在可接受检测温度下确定的AASHTO1993。联邦公路局建议阈值为LTEδ60Federal1997。本研究的结论为:进行DBR处理的阈值应该根据h、k、ΔT的大小水平确定。此外补充视觉调查对于阈值的修正/确定是有利的。通过荷载传递的修复一系列阈值的使用不一定能达到最大限度地减小应力。使用通过有限元方法运算预测的LTEδ趋势运输部门可以利用对潜在修复对象的无损评价为处于25 中 外 公 路 第31卷 矫正性维修情况下的横向裂缝DBR处理做出更有效的决策。只有那些通过修复可以获得效果的裂缝才会加设传力杆而不是将传力杆加设到所有水泥混凝土路面横向裂缝中。如此通过传力杆设置量的减少可以节约建设材料。3 室外数据的定性比较使用密歇根州与华盛顿州室外路段实际加设传力杆前后FWD数据来验证有限元分析结果。尽管这些路段的反算弹性模量值范围在1500060000MPa之间但是用于现场弯沉和有限元结果相比较的模量值为27600MPa。所有情况下不考虑温度梯度如AASHTO所建议FWD检测在选定条件下进行以减少环境对荷载传递能力的影响。3.1 密歇根州加设传力杆路段在密歇根州加设传力杆路段位于:1I-69伊顿县南兰辛密歇根州2I-75门罗县北托莱多俄亥俄州3M-14沃什特诺县东安娜堡密歇根州。除了I-69路段的一些裂缝外密歇根州所有路段都进行了预防性养护在传力杆设计周期内DBR处理意用于维持横向微裂缝的LTEδ。图7所示趋势由设计厚度h229mm的I-69路面加设传力杆分析得到。经反算该路段地基反应模量k值大小为60.3kPa/mm变异系数COV为22。图7中所示三角点及其数字代表裂缝加设传力杆后使用FWD无损检测所获得的结果对于所有大小水平的LTEδ理论分析趋势与现场检测结果能较好地对应。与密歇根州其他路段不同DBR处理前I-69路段严重开裂裂缝表现出低水平的LTEδ这有助于验证LTEδ整个取值范围内的预测趋势。该路面传力杆加设使用1年后荷载传递方面性能表现仍然良好。图7 密歇根州I-69路段加设传力杆LTEδ室外验证I-75作为密歇根州一条贯穿南北的主要州际路线被设计成厚度为279mm的水泥混凝土路面。反算程序估算得到地基反应模量的均值为57.4kPa/mm此时变异系数高达73。使用DBR处理路段FWD数据得到如图8所示趋势。对于预防性养护段密歇根州运输部MDOT要求加设传力杆后的LTEδ预期值应非常接近较高的初始LTEδ值。图8中数据点和趋势说明在预防性养护情况下加设传力杆后LTEδ会立即产生少量的损失或增加。传力杆加设的效果是基于 荷载传递能力随时间推移的长久保持。图8 密歇根州I-75路段加设传力杆LTEδ室外验证如同I-75路段密歇根州M-14路段DBR处理是一种预防性养护措施。路面结构设计为厚度h229mm水泥混凝土面板加沥青路肩。根据板厚中部FWD检测数据反算得到地基反应模量为58.5kPa/mmCOV12使用k取67.9kPa/mm的最接近趋势线作比较。然而如图9所示FWD裂缝检测数据与该道路预测趋势间关联性极差。超过80的情况下相比较进行任何修复前DBR处理后裂缝表现出较低的LTEδ。图9 密歇根州M-14路段加设传力杆LTEδ室外验证观察图9中M-14路段发现当加设传力杆所覆盖灌浆材料剥落、碎裂时可能导致显著的差异。如果35 2011年第1期 曹云龙等:开裂水泥混凝土路面加设传力杆作用评价 传力杆没有坚固的混凝土基础来承担从裂缝传来的荷载加设传力杆则不能提供额外的荷载传递。对修复结构的一项调查发现存在对移动搅拌车倒出灌浆材料均匀性的控制问题。混合料起初很干但在施工现场含水量有增加这使得均匀性易变振捣后混合料中细集料上升至路表面接近路表处的孔隙量因此得以减少从而增加了剥落的可能性及降低了抗冻融能力。MDOT对现场路面取芯研究发现灌浆材料顶部2538mm空隙极少导致早期衰减。使用风镐清除分层水泥浆覆盖物随后在更高质量控制下对传力杆槽重新灌浆可以解决这个问题尽管重新修复后没有进行FWD检测但是传力杆槽表现出良好的支承。3.2 华盛顿州加设传力杆路段华盛顿州运输部WSDOT在华盛顿州CleElum西部的I-90道路上建立了一个水泥混凝土路面修复试验路其中包括对横向裂缝以加设传力杆作为修复技术的一些路段。该路段为碎石基层上229mm普通水泥混凝土路面结构并附有沥青路肩Pierce1994。通过FWD检测数据反算得到可用地基反应模量为65.5kPa/mm。如图10所示分析趋势显示预测LTEδ值往往略高于现场检测值。通过观察还可以发现大量数据较为离散这主要是由于单个传力杆间局部k值及施工情况不同造成。图10 华盛顿州I-90路段加设传力杆LTEδ室外验证3.3 荷载传递能力的衰减WSDOT在检测DBR长期性能方面起了重要作用。如图11中所示自1992年起就对CleElum试验段定期进行检测。图中数值代表每个检测周期内的LTEδ平均值。荷载传递能力在加设传力杆初期恢复到一个可接受水平并且在第一个7年里维持这一水平不变而由于环境、检测的变化传荷能力有少量的波动Pierce1997。图12是密歇根州一个室外研究中以2.5年为周期的数条横向裂缝FWD检测数据Buch等2000以用来描述裂缝性能。为分析主要由于集料嵌锁磨损引起的LTEδ衰减速度选用了5条涵盖不同交通量大小和材料质量的裂缝。通过与WSDOTDBR路段LTEδ平均衰减速度比较发现密歇根州路段集料嵌锁对荷载的传递能力以更快的速度衰减。从LTEδ的衰减速度可以看出横向裂缝加设传力杆是一种提高裂缝荷载传递能力和减缓开裂、剥落、唧泥的长期有效的解决方法。图12中每条裂缝最后一个值是假设使用合理、恰当的施工技术通过加设传力杆可达到并且在一个时期内得以维持的LTEδ初始预测值。图11 华盛顿州I-90路段加设传力杆后的持久荷载传递能力图12 密歇根州某路段加设传力杆后的不同荷载传递能力及潜在影响4 总结回顾了接缝或裂缝荷载传递的研究历史并讨论了加设传力杆作为一种修复传荷能力手段的重要性。在以往的室外试验研究中相比较其他传荷装置传力杆趋于拥有更好的即时和长久效果。自从20世纪8045 中 外 公 路 第31卷 文章编号:1671-2579201101-0055-04重载沥青混凝土路面结构分析黄小龙1周正峰21.贵州省桥梁 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 总公司贵州贵阳 5500012.西南交通大学土木工程学院摘要:针对重载 车辆基于有限元法建立了典型沥青混凝土路面结构的三维有限元分析模型分析了不同轴载与轴型作用下的沥青路面路表弯沉、面层和基层的层底应力分布状况。结果表明:路表弯沉、面层和基层的层底应力随轴重的增大近似成同比例增大路表弯沉随轴数的增多而增大面层层底应力受轴数的影响很小而基层层底应力受轴数的增多反而有所减小。关键词:沥青混凝土路面弯沉应力重载收稿日期:2010-07-14修改稿基金项目:交通部西部交通建设科技项目编号:200831880288作者简介:黄小龙男大学本科工程师.E-mail:8648518qq.com 近年来随着车辆向大型化发展以及超载超限现象严重沥青路面结构的应力水平不断提高导致路面过早出现疲劳开裂等病害。为了指导承受繁重交通的沥青混凝土路面结构设计保证路面使用质量和使用寿命必须首先明确各级重载下路面结构的力学响应。笔者基于大型通用有限元软件建立了典型沥青混凝土路面结构的三维有限元分析模型分析了不同轴载与轴型作用下的沥青混凝土路面的弯沉与应力状况可为路面结构设计提供参考。1 路面结构有限元分析模型1.1 荷载参数中国采用单轴双轮100kN作为路面厚度设计的标准轴载笔者考虑实际道路上通行的车辆荷载情况选取单轴双轮S、双轴双轮D和三轴双轮T3种荷载形式荷载分布图示如图1所示。轮胎接地形状采用矩形其宽度取22cm或24cm轮胎接地压力与轴重和内压的关系见下式:p0.0021P0.29pi0.145式中:p为轮胎接地压力MPaP为轴重kNpi为轮胎内压MPa。笔者以标准轴载单轴双轮100kN为基础分别分析超载率为0、30、60、100和1405种工况条件下的路表弯沉与层底应力对应的轴载分别为100、130、160、200和240kN不同超载级位下荷载轮压和轮印大小如表1所示。同时对比分析单轴都为100kN的单轴双轮S、双轴双轮D和三轴双轮T年代初美国开始进行传力杆的加设建设费用及施工技术得以改善。使用ISALB2000作为刚性路面有限元分析工具进行不同路面厚度、路基支承水平、混凝土面板温度梯度下加设传力杆对裂缝性能影响趋势预测分析然后使用FWD检测结果验证预测趋势。除密歇根州M-14路段外密歇根州与华盛顿州所有路段用于预测DBR处理对LTEδ增加的分析趋势相对准确。对于密歇根州M-14路段预测趋势与FWD检测结果的差异原因进行了研究。图35所示分析趋势对于设置选择性DBR处理阈值是有用的。与个别项目中所有横向裂缝加设传力杆的选择方法比较选择性加设传力杆可以节约费用和提高效率。———编译 自:JacobE.HillerNeerajBuch.Assess2mentofRetrofitdowelBenefitsinCrackedPort2landCe mentConcretePavements.JournalofPerformanceofConstructedFacilitiesVol.18No.1Februa ry12004.55第31卷 第1期2011年2月中 外 公 路