关于提高连续配筋混凝土（CRCP）接缝传荷能力的探讨

余培正

摘 要：连续配筋混凝土路面（CRCP）在施工时完全不设胀、缩缝，较之普通水泥混凝土路面具有行车舒适性好、路面承载能力强、使用寿命长、养护费用低等优点。刚性路面接缝传荷能力对路面结构的整体强度、表面特性及其使用寿命均有重要的影响。此外，当今世界汽车运输的特点是向重型、快速方向发展，接缝传荷能力的重要性便更加突出。本文探讨了提高连续配筋混凝土路面（CRCP）接缝传荷能力的几点措施。

关键词：连续配筋混凝土路面（CRCP）;承载能力;接缝;传荷能力

1 接缝传荷能力的定义与评定指标

混凝土路面板的接缝所具有的将车轮荷载由接缝一侧直接承受荷载的板块向接缝另一侧非直接承受荷载的板块进行传递的能力，称为接缝的传荷能力。表征传荷能力的直接指标应该是接缝两侧所承受的荷载之比值，即：

式中：——接缝传荷系数;——直接承重板所承受的荷载;——由接缝传递至非直接承重板所承受的荷载。

与之和为车轮施加于路面板接缝位置的外力总荷载P。根据接缝传荷能力的不同，可分为三种情况。

情况一：接缝完全不具备传荷能力。例如全部断开，且完全脱离接触的接缝，以及路面板的自由边界。荷载全部由直接承重板承受，非直接承重板不承受荷载，因此，接缝传荷系数为零。即：

情况二：接缝具有最佳的传荷能力。例如配置传力杆的缩缝，以及结构紧密、性能完好的脹缝在夏令季节工作状态。荷载由直接承重板与非直接承重板平均分担。接缝传荷系数最大。即：

即使是传荷能力最佳的接缝，它仍然不具备传递弯矩的能力。这种具有最佳传荷能力的接缝，相当于结构力学中的铰接边界。

情况三：接缝具有一定的传荷能力，但是达不到情况二的最佳状态。例如胀缝在冬令季节轻微松动;接触紧密，但是没有配置传力杆的缩缝等。此时直接承重板承受的荷载大于非直接承重板，传荷系数小于1.0，即：

大多数接缝的传荷能力处于第三种情况，即使在使用初期，情况良好，传荷系数达不到1.0，但是经过使用一些年之后，也会降低，成为第三种情况。

采用实际承受荷载比值来表征接缝的传荷能力，虽然同传荷能力的定义是完全一致的，但是对于荷载分配的实际状况却难以量测，所以也无法对各种接缝的传荷能力，以及板体的应力、应变状态作定性、定量分析。为此，又提出了反映接缝传荷能的间接指标，主要有两种：

（1）以挠度比值作为评定接缝传荷能力的指标。当车轮P作用于缝边，直接承重板承受的荷载为，板边产生挠度为;非直接承重板承受了由接缝传过来的荷载，板边产生的挠度为，传荷系数为：

（2）以路面板边缘最大应变比值作为评定接缝传荷能力的指标。当车轮作用于缝边，直接承重板承受的荷载为，板边产生最大应变为;非直接承重板承受了由接缝传过来的荷载，板边产生的最大应变为，传荷系数为：

从荷载应力计算理论来看，无论是温克勒地基模型或是弹性半空间地基模型，当路面结构、地基支承与荷载条件完全相同的情况下，某一特定位置的挠度或应变与荷载的大小成正比，因此，从理论上分析，用挠度值或应变比值取代荷载比值作为传荷系数，以表征接缝的传荷能力都是有根据的。

2 影响接缝传荷能力的因素

国内许多学者通过实验对影响接缝传荷能力的因素进行研究：

由周德云、姚祖康《水泥混凝土路面接缝传荷能力的分析》[1]一文中了解，此文中采用Winkler地基假设和剪切弹簧单元模型作为接缝传荷介质，建立了接缝传荷系数（挠度比）与应力折减系数之间的关系;路面结构刚度（用相对刚度半径表示）对纵缝处的应力折减系数与挠度比关系无明显影响，可以认为没有直接关系，对横缝处的传荷能力则影响较大;接缝处临界荷位的挠度比值，可根据现场实测调查或室内试验确定，此文中建立的挠度比与应力折减系数之间的关系，可用于对新旧路面的接缝传荷能力的评价和具有接缝的水泥混凝土路面结构的设计。

在唐伯明与邓学钧的《刚性路面接缝传荷能力的评定与分析》[2]一文中，对水泥混凝土路面接缝传荷能力性能进行了比较系统的评定与分析，得出如下结论：

（1）有限元分析表明，影响接缝传荷的主要因素是传力杆系数Cw及传力杆的松动量SL;当要保证应力比传荷能力时，Cw值不小于5*104 kN/m;一般随松动量SL的增大，传荷能力呈线性递减，当SL大于等于自由板板边挠度时，传力杆的传力作用将完全丧失，在传力杆接缝的设计分析中必须充分重视。

（2）理论计算表明，挠度比传荷能力Ew与应力比传荷能力Ea间不存在简单的对应关系，一般Ew值较高，而Ea仅为Ew的50%左右，这一结论在本次实验中得到了很好的验证。对于实际使用中的混凝土路面，可由FWD快速测定接缝的绕度比传荷能力。

由周正峰、凌建明、袁捷发表的《机场水泥混凝土道面接缝传荷能力分析》[3]一文中，基于ABAQUS有限元软件，按照“贡献面积”刚度分配原则，通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元，建立并验证了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面三维有限元模型。结果表明：接缝传荷能力与荷载大小无关，只与道面结构自身有关;增大混凝土板厚度，板边应力和接缝传荷能力均有明显减小;增大接缝刚度，可以提高接缝的传荷能力，并改善接缝附近混凝土板的受力状况。在多轮荷载作用下，轮距越小，板边应力和接缝传荷能力越大;除了三轴三轮起落架的应力折剪系数略小于0.25外，其它构型起落架都大于0.25，而以荷载表征的接缝传荷系数随着起落架轴数的增加而减小。

3 提高接缝传荷能力的途径

提高刚性路面接缝传荷能力可以从以下三方面着手：

（1）合理的平面分块与接缝布置。平面分块要严格按规定划分，避免错缝、锐角等不规则布置方法。对胀缝的设置要十分慎重，因为胀缝的传荷能力差、病害多，而且胀缝的存在会引起缩缝的松弛，不能紧密接触，结果使其他缩缝的传荷能力也下降。因此，不设胀缝或少设胀缝是提高接缝传荷能力的有效措施。

（2）改进接缝构造，提高施工质量，使接缝长期保持良好的传荷能力。接缝的形式、构造、尺寸、材料以及施土养护方法等都可以进一步研究改进，使之更加合理，更加有利于提高接缝的传荷能力。

（3）修筑稳定性良好的基层。实践证明，基层的稳定性和强度对接缝传荷能力有明显影响。因此，干线公路刚性路面一般都修筑稳定性良好的基层，如水泥稳定类基层、沥青稳定类基层等，也有铺筑低标号贫混凝土作为路面基层的，这对提高传荷能力效果更佳。

4 总结

影响接缝缝传荷能力的因素比较多，通过各种实验以及理论分析，荷载大小、面层厚度、基层厚度、面层与基层接触条件、土基强度和接缝刚度等均对裂缝传荷能力有影响。

从实际测量效果与直观感觉来看，挠度比值比之于应变比值更能准确地量测，易于被人们接受，且应用于计算分析也较方便。

参考文献：

[1]周德云，姚祖康.水泥混凝土路面接缝传荷能力的分析[J].同济大学学报（自然科学版），1993（1）：57-65.

[2]唐伯明，邓学钧.刚性路面接缝传荷能力的评定与分析——FWD开发应用研究[J].东南大学学报，1991（6）：84-91.

[3]周正峰，凌建明，袁捷.机场水泥混凝土道面接缝传荷能力分析[J].土木工程学报，2009（2）：112-118.