配筋路面结构优化设计研究.docx

配筋路面结构优化设计研究摘要：以银英公路这一重载交通较大的省道为工程实例对部分路基强度不足路段路面结构优化进行了设计分析了路面设计方案对其路面结构进行了讨论得出配筋方案设计。关键词：连续配筋混凝土路面；路面结构优化设计；配筋方案设计1工程概况银英公路设计标准为省道主干线为改扩建道路是英德市主要干道之一其建成后对于其经济发展非常重要。道路主要技术指标：（1）道路等级：四车道二级公路；（2）计算行车速度：40公里/小时；（3）路基、路面宽度：路基宽度17米路面宽度14米；（4）路面等级：连续配筋混凝土高级路面；（5）设计荷载及参数；自然区划：Ⅳ7；设计标准轴载：BZZ-100；设计基准期：30年；标准轴载累计作用次数：5.0×107。2路面结构优化设计2.1路面设计方案我国规范规定：连续配筋混凝土路面的纵向配筋设计要求符合下面三项设计标准：（1）混凝土面层横向裂缝的平均间距为1.0～2.5m；（2）裂缝最大宽度为1mm；（3）钢筋的最大拉应力不超过钢筋的屈服强度。拟建道路采用强夯法地基处理后采用连续配筋混凝土路面（简称CRCP）路面方案路面结构组合：28cm连续配筋混凝土面层+0.05cm沥青下封层、基层采用20cm6.0%水泥稳定砂砾基层+16cm5.5%水泥稳定砂砾底基层+15cm级配碎石垫层+处理路基。配筋方案：布设单层钢筋网：纵、横钢筋均采用HPB335；纵向钢筋直径采用20mm纵向配筋率采用0.7%；横向钢筋直径采用12mm钢筋间距采用70cm；钢筋采用HPB335螺纹钢筋；端部采用地梁锚固结构形式。路面结构预留5m的横向切缝切缝宽度达到3～5mm。2.2路面结构优化设计2.2.1路面结构优化设计针对银英公路路面结构建立有限元模型分析路面结构组合的受力情况依据设计资料路面结构分为四层各结构层层间连续。ABAQUS建模参数：混凝土面板厚度h1=0.28cm模量E1=30GPa、泊松比μ1=0.15、密度2400kg/m3、导热系数1.5W/（m・K）、比热容0.980KJ/Kg°C；基层厚度h2=20cm、模量E2=1800GPa、泊松比μ2=0.20；底基层厚度h3=16cm、模量E3=1600GPa、泊松比μ3=0.20；垫层厚度h4=15cm、E4=500GPa、泊松比μ4=0.25；土基模量E5=100MPa、泊松比μ5=0.28；纵向钢筋：配筋率0.7%、直径d1=20mm、间距a1=20.5cm模量E6=210GPa、泊松比μ6=0.10；横向钢筋：直径d2=12mm；间距a2=70cm、模量E7=210GPa、泊松比μ7=0.10；钢筋采用HPB335螺纹钢筋；荷载类型选用BZZ-100单轴双轮组标准荷载调查资料计算累计轴载次数为5.4×107次依据规范可知属于特重交通荷载作用最不利荷位处调查表明裂缝间距L=5m裂缝宽度l=5mm；温度应力计算时最大温度梯度值取Tg=90（°C/m）。由表1计算结果可知依据公路水泥混凝土路面规范在行车荷载和温度梯度综合作用下不产生疲劳断裂作为设计标准在标准轴载作用下组合路面结构应力值临近路面疲劳破坏的临界值。在超载20%轴载作用下路面结构结合应力值超过路面疲劳破坏的临界值路面结构可能发生破坏。调查资料显示银英公路作用英德市主要干道之一其交通量大且属于递增状态超载情况也存在路面在使用年限内可能发生破坏进行路面设计时路面结构应有一定的强度储备主要从路面结构组合及配筋方面进行优化。2.2.2配筋方案设计合理的配筋设计能够有效的提高使路面结构形成整体提高路面受力性能同时能够抑制路面前期裂缝的扩展及运营中新裂缝的产生使路面行车舒适。银英公路CRCP路面配筋设计依据公路水泥混凝土设计规范以裂缝间距及宽度为作为配筋设计指标计算得到其配筋方案：纵向钢筋配筋率0.7%、直径d1=20mma1=20.5cm；横向钢筋直径d2=12mm、间距a2=70cm；钢筋采用HPB335螺纹钢筋；依据有限元计算结果对银英公路CRCP路面配筋设计作如下讨论：（1）依据标准轴载及超载20%轴载作用下CRCP路面结构疲劳应力计算结果可知在路面使用年限内路面结构可能发生破坏。除路面结构组合进行优化外配筋设计优化也是重要方面之一。（2）银英公路纵向钢筋直径采用20mm且配筋率为0.7%计算其钢筋间距为20.5cm而横向钢筋直径采用12mm钢筋间距为0.7cm；依据前述结论纵、横向钢筋形成的钢筋网间距过大减少了钢筋与混凝土之间的握裹面积减弱了钢筋对混凝土的约束。不利于结构受力。研究表明横向钢筋除起支撑作用外还参与结