一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的制作方法

本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构。

背景技术：

房建工程、市政工程、公路工程在建设过程中都需要修建大量的临时道路，用于材料和机械设备等运输，或者是作为人员通道，同时，部分公路工程，尤其是高速公路工程，由于项目所在地较为偏远，往往需要建设项目临时驻地，同样需要进行大规模的场地硬化，而这些临时路面当前大多采用现浇的方式施工，尽管现浇路面整体性更好，但施工周期长，且难以在工程竣工后拆除，往往是直接废弃，产生大量建筑垃圾，造成资源浪费，且对当地的生态环境产生不可逆影响。

为此研究学者开始探索装配式路面在施工临时道路中的应用；卢遵荣等公开了一种装配式临时路面，采用钢板路面标准件厚铸钢连接件连成整体路面，但钢结构路面容易变形、耐久性差、路面摩擦性小，仍有待于进一步改善；王伟等通过不同混凝土预制块组合形成可循环的工地生活区铺装路面，预制块相对较小，人工施工，效率会比较低，且预制块之间的连接通过小凹槽，实际施工对精度要求高；伍凯等通过增加钢纤维减少预制路面板中钢筋的数量，甚至不需要钢筋，增加预制面板刚性和强度的同时降低预制面板的自重，方便运输，但其连接件构造较为复杂，一方面不便于预留，另一方面施工较为繁琐，如果安装未能达到精度则会严重影响连接件的连接质量和速度，因此其路面板构造方式和连接方式仍有待于进一步改善。

通过以上分析可以发现，现有的一些可循环利用装配式路面结构形式，但在材料选择、连接构造方面仍有较大的改进空间。

当前采用的钢面板尽管材料高强、轻质，但是容易出现锈蚀，且表面光滑，用于路面结构不利于行车安全，而采用传统的混凝土面板或是钢筋混凝土面板，则会导致面板重量大，不便于运输和安装，例如对于公路工程，设备材料运距长，如果装配式路面板结构笨重，则会极大增加运输成本，不能带来显著的经济效益，同时钢筋混凝土面板强度较小，容易在使用过程中出现裂缝，一旦开裂钢筋锈蚀，路面板容易破坏，无法多次循环利用；现有的装配式临时路面的连接件构造较为复杂，并且现场路面板对接精度要非常高，才能实施连接，但过于精密的连接形式往往会出现应力集中现象，导致使用过程中出现破坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在装配式临时路面钢面板容易出现锈蚀，且表面光滑，用于路面结构不利于行车安全；混凝土面板或是钢筋混凝土面板，则会导致面板重量大，不便于运输和安装；连接件构造较为复杂，并且现场路面板对接精度要非常高，才能实施连接，但过于精密的连接形式往往会出现应力集中现象，导致使用过程中出现破坏的问题，提供一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，包括若干个路面板，所述路面板为超高性能混凝土构件，所述路面板侧壁设有卯，相邻所述路面板之间的所述卯对应设置，且通过榫连接，所述榫为钢构件。

采用本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，超高性能混凝土的所述路面板具有轻质、高强、高耐久性、可重复使用的特点，相较于钢结构路面板具有更强的摩擦力和耐久性，相较于传统混凝土或钢筋混凝土路面板更加轻质高强，能够有效降低路面板的重量，从而降低运输费用和安装难度；另外通过榫卯连接形式能够将分散的路面板连接为整体，预制路面板上的凹口构造简单，容易通过预埋件实现，同时，榫卯连接件采用钢结构，能够避免在安装使用过程中的损坏，整个榫卯连接构造没有在路面板上形成锐角，一定程度缓解了应力集中现象，实现多次重复利用，且钢结构表面较为光滑，安装较为方便，此外，榫卯连接件还是预制路面板的安装定位装置，通过将榫卯连接件安装于已就位的路面板上，可以为后续路面板的安装提供定位辅助，保证安装的快捷性和准确性；以上不管是超高性能混凝土路面板还是钢结构的榫卯连接件，都能够多次重复使用，保证临时路面施工和竣工不产生任何建筑垃圾，避免了建筑资源的浪费，减少了对环境的污染，符合绿色环保的施工理念，是建筑工业化的必然趋势。

优选地，所述路面板包括重载临时道路板、普通车辆荷载临时道路板或者人行临时道路板中的一种或多种。

通过对荷载进行调研分类，确定三类结构形式，分别适用于重载临时道路、普通车辆荷载道路和人行道路，较好的兼顾经济性能和使用性能。

进一步优选地，所述重载临时道路板的板厚为180mm-220mm。

进一步优选地，所述普通车辆荷载临时道路板的板厚为130mm-170mm。

进一步优选地，所述人行临时道路板的板厚为80mm-120mm。

优选地，所述榫包括对称设置的两个榫头，所述榫头分别配合一对对应的所述卯。

优选地，所述路面板为矩形板。

进一步优选地，所有所述路面板的长宽尺寸一致。

本发明还提供了一种如以上任一项所述可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的设计方法，包括以下步骤：

a1、根据临时道路荷载分类初步选定所述路面板的板厚；

a2、确定所述路面板的设计轴载和极限轴载；

a3、计算最重轴载产生的最大荷载应力σp，max、设计轴载产生的荷载疲劳应力σpr、最大温度梯度产生的最大温度应力σt，max、温度疲劳应力σtr；

a4、确定超高性能混凝土的弯拉强度标准值fr；

a5、计算是否满足γr(σpr+σtr)≤frγr(σp，max+σt，max)≤fr，γr为可靠度系数，若不满足，则增大所述路面板的板厚，重新执行步骤a3；

a6、确定相应荷载类别的所述路面板的板厚。

采用本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的设计方法，能够获取满足使用需求的超高性能混凝土的路面板，得到的路面板板厚合理，满足多次重复使用的要求。

优选地，该设计方法还包括以下步骤：

b1、根据临时道路荷载分类初步确定榫卯尺寸；

b2、确定制动力标准值；

b3、利用数值分析确定所述路面板的最大拉应力；

b4、计算最大拉应力是否满足设计要求，若不满足，则增大所述榫卯的尺寸，重新执行步骤b3；

b5、利用模型试验验证所述榫卯连接安全性；

b6、检验所述榫卯尺寸是否满足设计要求，若不满足，则增大所述榫卯的尺寸，重新执行步骤b3；

b7、确定所述榫卯尺寸。

在超高性能混凝土路面板预制时通过安装预埋件形成凹口，然后利用钢结构加工榫卯连接件连接相邻路面板，榫卯尺寸的设计是决定榫卯连接成败的关键问题；本方法针对不同荷载情况，利用试验和数值模拟的方式确定榫卯尺寸，保证荷载能够正常传递，同时解决应力集中的问题。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，超高性能混凝土的所述路面板具有轻质、高强、高耐久性、可重复使用的特点，相较于钢结构路面板具有更强的摩擦力和耐久性，相较于传统混凝土或钢筋混凝土路面板更加轻质高强，能够有效降低路面板的重量，从而降低运输费用和安装难度；

2、本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，通过榫卯连接形式能够将分散的路面板连接为整体，预制路面板上的凹口构造简单，容易通过预埋件实现，同时，榫卯连接件采用钢结构，能够避免在安装使用过程中的损坏，整个榫卯连接构造没有在路面板上形成锐角，一定程度缓解了应力集中现象，实现多次重复利用，且钢结构表面较为光滑，安装较为方便，此外，榫卯连接件还是预制路面板的安装定位装置，通过将榫卯连接件安装于已就位的路面板上，可以为后续路面板的安装提供定位辅助，保证安装的快捷性和准确性；

3、本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，超高性能混凝土路面板还是钢结构的榫卯连接件，都能够多次重复使用，保证临时路面施工和竣工不产生任何建筑垃圾，避免了建筑资源的浪费，减少了对环境的污染，符合绿色环保的施工理念，是建筑工业化的必然趋势；

4、本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，通过对荷载进行调研分类，确定三类结构形式，分别适用于重载临时道路、普通车辆荷载道路和人行道路，较好的兼顾经济性能和使用性能；

5、本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的设计方法，能够获取满足使用需求的超高性能混凝土的路面板，得到的路面板板厚合理，满足多次重复使用的要求；

6、本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的设计方法，利用试验和数值模拟的方式确定榫卯尺寸，保证荷载能够正常传递，同时解决应力集中的问题。

附图说明

图1是本发明所述装配式临时路面结构的示意图；

图2是路面板的设计流程示意图；

图3是榫卯的设计流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，包括若干个路面板，所有所述路面板为长宽尺寸一致的正方形。

所述路面板为超高性能混凝土构件，所述路面板侧壁设有卯，如图1所示，正方形的每边设有两个所述卯，且位于正方形边长的1/3和2/3位置，在所述路面板预制时通过安装预埋件形成所述卯的凹口。

如图1所示，相邻所述路面板之间的所述卯对应设置，且通过榫连接，所述榫包括对称设置的两个榫头，所述榫头分别配合一对对应的所述卯，所述榫为钢构件。

超高性能混凝土具有超高的耐久性、超高的力学性能、优良的耐磨和抗爆性能，而路面结构对于抗拉强度、耐磨性等要求高，超高性能混凝土以其轻质、高强、高耐久性的特点极好地满足装配式路面承受荷载和循环利用的要求，能够显著降低运输费用。超高性能混凝土应用的关键在于路面板结构的设计，结构设计部分可参考《城镇道路路面设计规范》cjj169和《公路水泥混凝土路面设计规范》jtgd40等现行的道路结构设计规范，但需要注意的是，临时道路荷载与永久路面不同，设计安全等级、设计基准期、目标可靠指标与目标可靠度缺少相应的规范取值依据，因此本实施例按照临时道路荷载大小，包括重载临时道路板、普通车辆荷载临时道路板和人行临时道路板三种所述路面板；其中，所述重载临时道路板的板厚为180mm-220mm，所述普通车辆荷载临时道路板的板厚为130mm-170mm，所述人行临时道路板的板厚为80mm-120mm。

运用本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构，超高性能混凝土的所述路面板具有轻质、高强、高耐久性、可重复使用的特点，相较于钢结构路面板具有更强的摩擦力和耐久性，相较于传统混凝土或钢筋混凝土路面板更加轻质高强，能够有效降低路面板的重量，从而降低运输费用和安装难度；通过对荷载进行调研分类，确定三类结构形式，分别适用于重载临时道路、普通车辆荷载道路和人行道路，较好的兼顾经济性能和使用性能；通过榫卯连接形式能够将分散的路面板连接为整体，预制路面板上的凹口构造简单，容易通过预埋件实现，同时，榫卯连接件采用钢结构，能够避免在安装使用过程中的损坏，整个榫卯连接构造没有在路面板上形成锐角，一定程度缓解了应力集中现象，实现多次重复利用，且钢结构表面较为光滑，安装较为方便，此外，榫卯连接件还是预制路面板的安装定位装置，通过将榫卯连接件安装于已就位的路面板上，可以为后续路面板的安装提供定位辅助，保证安装的快捷性和准确性；超高性能混凝土路面板还是钢结构的榫卯连接件，都能够多次重复使用，保证临时路面施工和竣工不产生任何建筑垃圾，避免了建筑资源的浪费，减少了对环境的污染，符合绿色环保的施工理念，是建筑工业化的必然趋势。

实施例2

如图1-3所示，本发明所述一种如实施例1所述可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的设计方法，包括对所述路面板的设计以及对榫卯的设计。

如图2所示，所述路面板的设计方法包括以下步骤：

a1、根据临时道路荷载分类初步选定所述路面板的板厚；具体地，重载临时道路板的板厚为200mm，普通车辆荷载临时道路板的板厚为150mm，人行临时道路板的板厚为100mm；

a2、根据交通调查和分析，确定所述路面板的设计轴载和极限轴载；

a3、基于弹性地基单层板荷载应力计算模型，计算最重轴载产生的最大荷载应力σp，max、设计轴载产生的荷载疲劳应力σpr、最大温度梯度产生的最大温度应力σt，max、温度疲劳应力σtr；

a4、确定超高性能混凝土的弯拉强度标准值fr，该指标充分体现了超高性能混凝土相较于普通混凝土的优势，一般情况下超高性能混凝土是普通混凝土弯拉强度的3-4倍，能够有效降低路面板的厚度，降低路面板重量，方便运输和安装；

同时需要说明的是，弯拉强度需要根据超高性能混凝土强度等级确定，一般超高性能混凝土是按照抗压强度和抗拉强度进行划分的，例如uc140-1要求抗压强度≥140mpa、抗拉强度≥5mpa，不同强度等级对应不同的弯拉强度，根据强度等级进行超高性能混凝土配合比设计，配合比设计宜采用绝对体积法，水胶比不宜大于0.20，骨料与胶凝材料各组分的相对比例宜按照颗粒最紧密堆积理论进行设计，建议采用精品机制砂替代石英砂，降低超高性能混凝土的成本，控制一方超高性能混凝土材料成本在3000元以内，本实施例以uc150配合比为例说明各个组分的占比：水泥870kg，硅灰250kg，石粉100kg，砂1000kg，钢纤维160kg，水灰比0.17，减水剂1.7％；

a5、计算是否满足γr(σpr+σtr)≤frγr(σp，max+σt，max)≤fr，γr为可靠度系数，若不满足，则增大所述路面板的板厚，重新执行步骤a3；

a6、确定所述路面板的材料强度是否充分发挥，若未充分发挥，则减小所述路面板的板厚，重新执行步骤a3；

a7、确定相应荷载类别的所述路面板的板厚。

如图3所示，所述榫卯的设计方法包括以下步骤：

b1、根据临时道路荷载分类初步确定所述榫卯尺寸；

b2、根据交通调查和分析，确定制动力标准值；

b3、利用数值分析确定所述路面板的最大拉应力；

b4、计算最大拉应力是否满足设计要求，若不满足，则增大所述榫卯的尺寸，重新执行步骤b3；

b5、确定所述榫卯的材料强度是否充分利用，若未充分利用，则减小所述榫卯的尺寸，重新执行步骤b3；

b6、利用模型试验验证所述榫卯连接安全性；

b7、检验所述榫卯尺寸是否满足设计要求，若不满足，则增大所述榫卯的尺寸，重新执行步骤b3；

b8、确定所述榫卯尺寸。

运用本发明所述的一种可循环利用的超高性能混凝土装配式临时路面结构的设计方法，能够获取满足使用需求的超高性能混凝土的路面板，得到的路面板板厚合理，满足多次重复使用的要求；利用试验和数值模拟的方式确定榫卯尺寸，保证荷载能够正常传递，同时解决应力集中的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。