CRCP制动板锚固强度影响因素分析与结构设计

黄小平

(贵州省高速公路建设总公司，贵州贵阳550004)

1 分析模型的建立

连续配筋混凝土路面(简称CRCP)除在特殊位置处设置必须的横向接缝外，其余部位不设任何形式的缩缝，由于纵向连续钢筋对水泥混凝土纵向变形的约束作用，使混凝土收缩裂缝细小而均匀分散，形成完整、连续的行车路面，从而解决了普通水泥混凝土路面由于存在各类接缝造成的多种病害，其路用性能大大优于普通水泥混凝土路面［1］。但由于路面板预留接缝极少，温度上升引起的纵向膨胀变形相对较大，对路面板两端结构物的安全造成不利影响［2］。因此，必须在连续配筋混凝土路面两端设置锚固设施，用以阻止温度变形引起的纵向膨胀变形。为了克服现行规范推荐使用的锚固地梁等设施存在施工难度大、结构复杂、造价高等问题，笔者研究开发了一种新型锚固设施——端部制动板。本文即分析其受力特点并推荐结构设计方法。

根据试验工程实体结构，分析模型制动板厚度为0.5 m，长度为10.0 m，制动板板下路基厚度为5 m，板左侧、右侧土体宽度分别取1 m，5 m。自顶向下建立几何模型，即直接按实际尺寸生成面，其相对应的较低层的图元对象会自动产生。用于分析端部制动板受力情况的计算模型如图1［3－4］，路面基层和面层材料参数如表1。

图1 制动板计算模型Fig.1 Brake board computing model

表1 路面结构层材料参数Table 1 Material parameters of pavement layer

2 锚固强度影响因素分析

2.1 影响因素

制动板端部锚固强度以位移和最大应力表征。影响因素主要有端部锚固力(FX)、制动板长度(L)、路基回弹模量(E0)、混凝土弹性模量(E1)、基层弹性模量(E2)。取试验路实测数据作为计算参数FX=500 kN/m，L=10 m，E0=60 MPa，E1=30 000 MPa，E2=1 700 MPa。通过变化某一参数，固定其余参数的方式分析各因素的影响。5个影响因素与位移，最大应力的变化规律见表2。

表2 位移、最大应力随各影响因素变化分析结果Table 2 Displacement，maximum stress with analysis of each factor changes

2.2 结果分析

由表2可知:

1)制动板位移和最大应力随着端部锚固力的增加相应有所增加。

2)随制动板长度增加，其位移减少，最大应力则基本保持不变，因此可得出制动板长度对弯矩的影响不明显。

3)制动板位移随着混凝土弹性模量的增加而减少，最大应力增大，但变化幅度都不明显。因此，在工程实践中，不需要调整制动板混凝土配合比。

4)连续配筋混凝土路面主要应用于重载交通高等级的公路，故选取高速公路和一级公路常见路面基层的弹性模量，随着基层弹性模量的增加，制动板端部位移和最大应力均减小，尤其当采用贫混凝路基层时，制动板端部位移仅0.87 cm。因此，与制动板相接的路面基层强度大小对制动板锚固效果影响很大。

5)不同土质的路基具有不同的回弹模量，根据工程实践采取不同的路基回弹模量，计算分析得出制动板位移和最大应力与路基回弹模量的关系，随着路基回弹模量的增加，制动板位移和最大应力均减小，提高路基回弹模量可有效增加制动板锚固效果。

3 制动板结构设计

在我国，连续配筋混凝土路面主要应用于重载、大交通量、路基工作环境差等情况的特殊路段［5］。应根据经济性和技术可行性要求，综合考虑当地自然条件、路面结构形式等实际情况，确定结构合理、锚固可考的端部制动板结构形式。

端部制动板开埋置深度不宜过大。当原地基为不同土体时，开挖深度过大会造成不同程度的影响，而且导致经济大幅度降低，经分析，建议制动板厚度应该控制为0.5 m左右。

3.1 与制动板端部接触的路面结构及计算参数

以板端部位移量作为确定制动板结构尺寸的控制指标，根据JTG D 40—2002《公路水泥混凝土路面设计规范》［6］、JTG D 50—2006《公路沥青路面设计规范》［7］相关要求和示范工程实体结构情况，确定制动板端部最大位移量为2 cm。在具体设计计算时，设置不同条件下的计算参数，假定几种制动板几何尺寸，采用有限元方法确定位移量。与连续配筋混凝土路面端接触的路面结构组合形式及各结构层计算参数见表3。

表3 连续配筋混凝土路面结构推荐类型Table 3 The structure type of bridge deck pavement

3.2 推荐的制动板结构尺寸

根据表3路面结构形式及相应计算参数，通过反复假定与验算，得出不同条件下制动板最优几何尺寸，如表4。

表4 制动板结构尺寸类型Table 4 Brake board size type table /m

4 结语

应用有限元软件计算、分析了端部制动板的端部位移与最大应力受各因素影响而变化的规律，得到以下结论:

1)各影响参数均随制动板端部锚固力的增加而增加。

2)随着制动板长度、基层弹性模量、土基弹性模量的增大，端部位移相应减小，而混凝土弹性模量对位移的影响不明显。建议在实际工程中不需要调整制动板混凝土的配合比，可采用与路面板同一等级的混凝土浇注。

3)土基弹性模量与基层弹性模量对制动板位移与最大应力值影响相对较大。因此，在连续配筋混凝土路面设计中，应优先采用弹性模量较大的基层(如贫混凝土基层、水泥稳定碎石基层)。

4)当采用连续配筋混凝土路面时，可以通过增加与CRCP相接路面结构基层的弹性模量或提高制动板下方路基强度来减小制动板位移量和最大应力。

5)根据路面结构形式及有限元软件计算，得出在不同条件下，满足实际工程所需要的制动板最优几何尺寸。

［1］张彬.连续配筋路面端部锚固地梁研究［D］.长春:吉林大学，2006.

［2］胡长顺，曹东伟.国家自然科学基金项目研究报告:连续配筋混凝土路面结构设计理论与方法研究［R］.西安:长安大学，2000.

［3］周氏，李咏楷.钢筋混凝土有限元分析［M］.南京:河海大学出版社，1988:88 －102.

［4］尚晓江，邱峰，赵海峰，等.ANSYS结构有限元高级分析方法与应用范例［M］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［5］吕西林，金国芳.钢筋混凝土结构非线性有限元理论及应用［M］.上海:同济大学出版社，1997:49－69.

［6］JTG D 40—2002公路水泥混凝土路面设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2003.

［7］JTG D 50—2006《公路沥青路面设计规范》［S］.北京:人民交通出版社，2006.