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4、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計4。1,幾何尺寸4。1，1。4.1。2,對預(yù)應(yīng)力混凝土路面。路面面板長取90m，210m、可大大減少路面接縫數(shù)量 從而改善行車平穩(wěn)性和舒適性、路面面板越長、由預(yù)應(yīng)力損失和板底摩阻力造成的影響就越大，預(yù)應(yīng)力在板內(nèi)的效果就越差，因此、板底摩阻力小 板長就可取較大值,路面面板縱向預(yù)應(yīng)力的施加大大提高了路面的縱向承載能力。但對橫向承載能力幾乎無影響 當(dāng)?shù)缆仿贩^寬時,面板的橫向應(yīng)力較大。成為主要的控制應(yīng)力、因此規(guī)定路面面板寬不宜超過標(biāo)準(zhǔn)兩車道的寬度，可不設(shè)置橫向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線.預(yù)應(yīng)力的存在使路面面板整體性較強，減少了橫向開裂的可能性 而且。即使路面面板因荷載產(chǎn)生裂縫也能自行閉合。提高了路面的耐久性、上述結(jié)論可通過對荷載下預(yù)應(yīng)力混凝土路面面板的應(yīng)力分析得出 本章有關(guān)應(yīng)力分析及相關(guān)結(jié)論均根據(jù)國內(nèi)已修建的兩條預(yù)應(yīng)力混凝土路面、即1997年修建的南京祿口試驗路和1998年修建的徐州賈汪試驗路的實際工程情況并通過有限元分析得出、在板寬確定的情況下、模型取板寬7,2m 路面面板長應(yīng)由所施加的預(yù)應(yīng)力大小和溫差引起的縱向最大拉應(yīng)力共同來控制、如圖1所示。隨板長的增加,板內(nèi)橫縱向拉應(yīng)力都有所增加,但橫向拉應(yīng)力增加量非常小 板長每增長20m、橫向拉應(yīng)力僅增加約0、02MPa 縱向拉應(yīng)力的增加幾乎與板長成正比，橫向拉應(yīng)力比縱向拉應(yīng)力大很多、預(yù)應(yīng)力大小對于路面面板的影響。如圖2所示。由該圖可見，隨預(yù)應(yīng)力值的增大 板的上翹值在減小.因此。施加預(yù)應(yīng)力可使板底各點的位移趨向一致.增強了路面的整體性、減小了路面面板下的不均勻沉降或脫空現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性,對于橫向預(yù)應(yīng)力各國意見不統(tǒng)一、據(jù)國外資料介紹，認為當(dāng)板寬不超過兩個標(biāo)準(zhǔn)車道寬度時 可不設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力、但為了安全起見,要求在橫向配置一定數(shù)量的防止開裂并起到固定，支撐縱向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的構(gòu)造鋼筋 對于橫向預(yù)應(yīng)力的確定,根據(jù)計算所得的最大橫向應(yīng)力與混凝土的設(shè)計彎拉強度.建議取80、的抗彎拉強度。的比較而定,如果不需施加橫向預(yù)應(yīng)力,則需配置橫向鋼筋，可按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 JTG.D40或 城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范。CJJ,169中連續(xù)配筋混凝土路面選用，當(dāng)路面面板的寬度較大時，可釆用雙向預(yù)應(yīng)力以提高抗裂能力 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的混凝土保護層厚度不宜小于50mm,錨具系統(tǒng)的最小混凝土保護層厚度應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。JGJ.92的有關(guān)規(guī)定、保護層厚度的規(guī)定是為了滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求。預(yù)應(yīng)力混凝土路面面板的最小厚度值,應(yīng)能給無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線提供最小的保護層厚度、以防開裂,銹蝕,同時需能滿足板在荷載下的撓度變形設(shè)計要求.對于預(yù)應(yīng)力混凝土路面。由于預(yù)應(yīng)力的施加，提高了路面面板截面的實際彎拉強度、因而.在相同的荷載作用下 預(yù)應(yīng)力路面面板的厚度較普通混凝土路面面板取得更薄.根據(jù)國內(nèi)外的工程理論分析 并結(jié)合我國公路運輸繁忙和超載現(xiàn)象嚴重的情況、加之施工工藝及施工管理水平及各地施工環(huán)境相異等因素,推薦板厚取值為140mm。240mm。板初估厚度為相應(yīng)素混凝土路面面板厚的70.75。國外關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土路面的設(shè)計與施工研究開展得較早 并取得了很多經(jīng)驗、最早的預(yù)應(yīng)力混凝土路面是法國于1946年修建的 在法國 只有一條試驗路是板邊薄于板中的。其他都是由平均約150mm的等厚板組成，美國最著名的Patuxent.River、Naval。Air.Station預(yù)應(yīng)力混凝土道面是由Bureau of Yards and Docks于1953年,1954年修建的、長152.4m 寬3,66m,厚178，1mm,其后又修建了多條試驗路。其中1980年在芝加哥O。Hare國際機場修建的預(yù)應(yīng)力混凝土罩面,240m長,45m寬.200mm,225mm厚的跑道.是美國首次將預(yù)應(yīng)力混凝土用于商用機場道面，其他國家如比利時.奧地利等都于20世紀50年代前后開始修建預(yù)應(yīng)力混凝土路面、巴西于1972年。1978年在里約熱內(nèi)盧修建了一條180mm厚的預(yù)應(yīng)力混凝土機場道面,荷蘭.瑞士也都修筑了預(yù)應(yīng)力混凝土路面,4。1,3，預(yù)應(yīng)力混凝土路面的設(shè)計以混凝土疲勞斷裂為設(shè)計極限狀態(tài)、由于預(yù)應(yīng)力事先在路面面板工作截面上施加壓應(yīng)力，當(dāng)荷載作用于路面時 混凝土截面產(chǎn)生的拉應(yīng)力一部分由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的壓應(yīng)力抵消 板截面上的應(yīng)力較之普通混凝土板路面低 從而提高了混凝土的抗彎拉強度、在荷載重復(fù)作用下.預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計應(yīng)滿足本規(guī)范式 4、1 3 1.的要求。預(yù)應(yīng)力混凝土路面面板內(nèi)荷載應(yīng)力,溫度應(yīng)力和板底摩阻應(yīng)力的處理參考本規(guī)范附錄A.國外關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計也有釆用混凝土疲勞應(yīng)力比SR指標(biāo)來進行的、預(yù)應(yīng)力混凝土路面面板的厚度按SR指標(biāo)設(shè)計時按下式計算、式中.SR一一混凝土疲勞應(yīng)力比、可按表2取值 ft,混凝土設(shè)計彎拉強度、MPa.路面中所施加的預(yù)應(yīng)力大小主要由三個因素決定,交通荷載 由溫度和濕度所引起的翹曲約束 板收縮期間的板底摩阻約束,預(yù)應(yīng)力混凝土路面常用的預(yù)應(yīng)力值可參考如下、1 路面面板內(nèi)僅使用縱向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線或縱。橫向都配無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線時,一般為0，63MPa，2.87MPa，機場道面內(nèi)平均值可達3.15MPa，當(dāng)釆用斜向鋼筋來產(chǎn)生縱向預(yù)應(yīng)力時。平均值約為1，93MPa，2，橫向預(yù)應(yīng)力還未被廣泛采用。一般為0 1。4MPa.當(dāng)板寬不大于兩個標(biāo)準(zhǔn)車道寬度時、可不設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力，3、從無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實際間距和經(jīng)濟使用方面考慮.如果求得的預(yù)應(yīng)力值σp。4、0MPa.則需增大路面面板厚度.重新計算。縱向預(yù)應(yīng)力的處理模型應(yīng)符合下列規(guī)定。1 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線僅在錨固端與混凝土結(jié)合 在其他地方會發(fā)生縱向相對滑動、2,對路面面板施加預(yù)應(yīng)力時 將預(yù)應(yīng)力作為一種外力加在路面面板的錨固端.扣除無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線與周圍接觸的混凝土或套管之間的摩阻損失 圖3,圖中未畫出板底的摩阻力，預(yù)應(yīng)力損失的處理模型應(yīng)符合下列規(guī)定 1.預(yù)應(yīng)力混凝土路面的預(yù)應(yīng)力損失計算按本規(guī)范第4。2、2條的規(guī)定確定、本規(guī)范第4 2。2條中的各項應(yīng)力損失不是同時發(fā)生的.預(yù)應(yīng)力損失值的組合可根據(jù)應(yīng)力損失出現(xiàn)的先后與全部完成所需要的時間。按預(yù)施應(yīng)力和使用階段來進行區(qū)分。對于后張預(yù)應(yīng)力混凝土路面.預(yù)施應(yīng)力階段和使用階段的預(yù)應(yīng)力損失可按下列公式計算 2 在有限元模型分析中。應(yīng)將以上計算的σ12.σ13,σ14.σ15等效為一組和預(yù)施應(yīng)力方向相反的外力，分別作用于錨固端混凝土上,鋼筋的處理模型應(yīng)符合下列規(guī)定.1，預(yù)應(yīng)力混凝土路面面板應(yīng)釆用整體式模型，其彈性矩陣可按下式計算 D,Dc。Ds，5、式中、Dc?；炷恋膽?yīng)力應(yīng)變矩陣，Ds、分布鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系矩陣.2,模型可不考慮混凝土的開裂，按一般均質(zhì)體計算，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變矩陣,Dc.可按下式計算.3 對于等效的分布鋼筋、其應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系矩陣。Ds，可按下式計算。式中、Es，鋼筋的彈性模量,ρx.ρy。ρz 沿x，y和z方向的配筋率。溫度應(yīng)力的處理模型應(yīng)符合下列規(guī)定、1，同一時刻 板截面上溫度不一致產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力，在預(yù)應(yīng)力混凝土路面模型中宜采用熱彈性三維有限元方法.2,不同時刻，由于溫度上升或下降時引起的熱脹冷縮而在板內(nèi)產(chǎn)生的熱壓應(yīng)力或收縮應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力混凝土路面模型中假定為均勻變化,板底摩阻力的處理模型應(yīng)符合下列規(guī)定.預(yù)應(yīng)力混凝土路面，板底摩阻力對路面受力影響很大、必須予以考慮，板底摩阻力主要由以下三方面的因素引起,1、由施加預(yù)應(yīng)力引起的板底摩阻力，2 由溫度引起的板底摩阻力，3.由車輛荷載引起的板底摩阻力 可忽略，根據(jù)線性疊加原理，在分析處理時將上述三項同時考慮進去.進行一次迭代求解板底摩阻力。選取的是每一斷面的最大值,預(yù)應(yīng)力混凝土路面在預(yù)應(yīng)力、溫度應(yīng)力，荷載應(yīng)力的共同作用下 摩阻力沿板底并非均勻分布。板底摩擦系數(shù)為變量,與板底位移有關(guān)，圖4為板底摩阻力隨板底位移的變化情況。板底位移增大時,板底摩阻力也隨之增大.當(dāng)位移達到ωa時板底摩阻力最大、位移再增大、板底摩阻力趨于定值τa，在路面面板模型中假定在板中處不發(fā)生位移,即板中附近處摩阻力很小.板端處最大，對于細砂滑動層,ωa、0.6mm，可采用圖4中的理論曲線3用于板底摩阻力的分析、在分析過程中.釆用以下做法、1、在沿板長的某個斷面上.假定板底摩阻力τ是均勻分布的、該斷面中的摩擦系數(shù)的取值原則為、先在不考慮摩阻力的情況下、計算出板底的各結(jié)點的位移，然后根據(jù)每一斷面的水平向，沿板長、最大位移確定摩擦系數(shù)，ω、0.6mm時。μr f.給定值.當(dāng)ω 0,6mm時,μr,ω、f 0。6,根據(jù)各結(jié)點的形函數(shù) 分配摩阻力 進行第二次計算 此時已考慮了摩阻力的影響,2、只考慮沿板長方向的板底摩阻力、3、以板中處位移為基準(zhǔn)。用其他各點相對于板中的位移來決定摩擦系數(shù)的大小.因垂直荷載的影響很小.忽略由荷載組合引起的板底摩阻力 預(yù)應(yīng)力混凝土路面模型在進行地基處理時、可采用溫克勒地基或彈性半空間地基模型，并在計算分析時假定.在變形過程中，板與地基始終緊密接觸、無間隙 預(yù)應(yīng)力混凝土路面模型在進行地基反力集度處理時.地基反力集度的計算應(yīng)與所釆用的地基模型相對應(yīng) 應(yīng)根據(jù)地基的計算模型，在已知位移的情況下求力的運算