一种低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法与流程
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法。
背景技术：
连续配筋混凝土路面是指面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面，由于取消了横向缩缝，大大减少了运营期的各种接缝类病害，同时整体性和平整度好，行车舒适性佳，是重载交通长寿命水泥路面的主要发展方向之一。连续配筋混凝土路面之所以能够不设横向缩缝，是因为结构内配置了数量足够的纵向钢筋，通常纵向配筋率高达0.6％～1.0％，通过纵向钢筋与混凝土之间的粘结作用来限制混凝土的收缩开裂，将横向收缩裂缝分散为众多具有一定间距的微裂缝，从而实现不切缩缝的目的。钢筋混凝土路面是指面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面，其结构内的纵向钢筋通常是间断的，且配筋率相比于连续配筋混凝土路面低很多，通常纵向配筋率为0.1％～0.2％，由于纵向间断钢筋的约束作用，相比于普通混凝土路面4～6m就需设置缩缝，钢筋混凝土路面在长度方向6～15m设置横向缩缝，缩缝间距增大。
连续配筋混凝土路面一般要求纵向钢筋埋置深度处裂缝缝隙宽度不大于0.5mm，横向裂缝的平均间距不大于1.8m，因为裂缝间距过小容易引发冲断破坏，裂缝间距过大则会出现宽裂缝，而宽裂缝又会导致雨水下渗、钢筋锈蚀。现实中由于材料的多样性、施工的变异性、荷载的不确定性、设计方法的经验性，连续配筋混凝土路面经常出现不合理的裂缝形式，如短距离的宽裂缝，而研究表明90％的冲断病害发生在30～60cm的裂缝密集处，为此一些工程在连续配筋混凝土路面完工后进行预切缝，希望对裂缝进行主动控制，但预切缝间距难以确定，尚无理论支撑。钢筋混凝土路面虽然横向缩缝间距增大，但横向缩缝之间需设置前置钢筋支架的光圆钢筋传力杆，施工复杂、周期长，且仍有较大的切缝工作量。基于以上问题，设计一种配筋率介于连续配筋混凝土路面和钢筋混凝土路面之间、纵向钢筋连续并代替传力杆、设置大间距横向缩缝的低配筋率连续配筋混凝土路面，可有效解决两种路面结构面临的问题，并能降低钢筋用量、减少切缝、施工简便、节省工程投资，而确定其缩缝间距是一项核心技术问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法，能快速准确地确定低配筋率连续配筋混凝土路面的缩缝间距。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法，包括以下步骤：
1)确定低配筋率连续配筋混凝土路面的设计参数；
2)根据确定的设计参数计算低配筋率连续配筋混凝土路面的板厚度；
3)确定低配筋率连续配筋混凝土路面的交通荷载等级，根据交通荷载等级初拟低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率；
4)根据初拟的配筋率，选定低配筋率连续配筋混凝土路面中钢筋参数，钢筋参数包括钢筋的类型、直径和间距，再根据选定的钢筋参数，确定低配筋率连续配筋混凝土路面的实际配筋率；
5)根据低配筋率连续配筋混凝土路面的实际配筋率计算低配筋率连续配筋混凝土路面的横向缩缝间距。
按照上述技术方案，在所述的步骤1)中，设计参数包括道路等级、设计基准期、安全等级、设计轴载、最重轴载、累计轴载作用次数、交通荷载等级、路床顶面综合回弹模量、水泥混凝土弯拉强度标准值、材料参数、最大温度梯度和板块宽度。
按照上述技术方案，在所述的步骤3)中，低配筋率连续配筋混凝土路面适用于中等交通荷载等级以上的道路，适宜的配筋率范围为0.2％～0.6％，其中中交通荷载等级配筋率宜为0.2％～0.3％，重交通荷载等级配筋率宜为0.3％～0.4％，特重交通荷载等级配筋率宜为0.4％～0.5％，极重交通荷载等级配筋率宜为0.5％～0.6％。
按照上述技术方案，在所述的步骤4)中，钢筋的类型一般为hrb400热轧带肋钢筋，直径一般在14mm～20mm，间距一般在150mm～350mm。
按照上述技术方案，在所述的步骤5)中，缩缝间距l为
其中，ρ—低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率；[σs]—钢筋的容许应力；kc—考虑理论与实际差异以及施工变异水平和材料参数变异水平等因素影响的综合系数；μ0—低配筋率连续配筋混凝土路面面层与基层的动态摩阻系数；γ—混凝土的重度。
按照上述技术方案，钢筋的容许应力为
[σs]＝ksfsy；
其中，ks—钢筋容许应力折减系数；fsy—钢筋的屈服强度。
按照上述技术方案，钢筋容许应力折减系数ks为75％～85％；
低配筋率连续配筋混凝土路面面层与基层的动态摩阻系数为1.5～8.9；
混凝土的重度取24kn/m3。
按照上述技术方案，综合系数
其中，
按照上述技术方案，理论与实际差异系数
施工变异水平系数
材料参数变异水平系数
按照上述技术方案，低配筋率连续配筋混凝土路面包括由下至上依次铺设的底基层、基层、缓冲层和低配筋率连续配筋混凝土面层；低配筋率连续配筋混凝土面层内配置有单层连续配筋或双层连续配筋，混凝土面层上每隔一定距离l设置一条横向缩缝。
本发明具有以下有益效果：
本发明方法不仅解决现行规范没有关于低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距确定方式的问题，也填补现行规范关于低配筋率连续配筋混凝土路面设计的空白；本发明确定的低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距计算公式可用于指导设计，可有效解决连续配筋混凝土路面经常出现不合理裂缝和钢筋混凝土路面传力杆设置复杂、切缝较多的问题，具有非常大的工程实用价值；本发明步骤简单、公式明确，充分考虑了各种内外部因素，能快速准确地确定低配筋率连续配筋混凝土路面的缩缝间距，计算精度较高。
附图说明
图1是本发明实施例中低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法的流程图；
图2是本发明实施例中低配筋率连续配筋混凝土路面结构的纵向截面示意图；
图中，1-底基层，2-基层，3-缓冲层，4-低配筋率连续配筋混凝土面层，5-横向钢筋，6-纵向钢筋，7-横向缩缝。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法，包括以下步骤：
1)确定低配筋率连续配筋混凝土路面的设计参数；
2)根据确定的设计参数计算低配筋率连续配筋混凝土路面的板厚度；
3)确定低配筋率连续配筋混凝土路面的交通荷载等级，根据交通荷载等级初拟低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率；
4)根据初拟的配筋率，选定低配筋率连续配筋混凝土路面中钢筋参数，钢筋参数包括钢筋的类型、直径和间距，再根据选定的钢筋参数，确定低配筋率连续配筋混凝土路面的实际配筋率；
5)根据低配筋率连续配筋混凝土路面的实际配筋率计算低配筋率连续配筋混凝土路面的横向缩缝间距；根据低配筋率连续配筋主要用于抵抗混凝土面层收缩受到阻碍时所产生的拉力的原理，考虑层底的摩阻力与混凝土板两端的拉力相等，并全部作用于纵向钢筋之上。
进一步地，在所述的步骤1)中，设计参数包括道路等级、设计基准期、安全等级、设计轴载、最重轴载、累计轴载作用次数、交通荷载等级、路床顶面综合回弹模量、水泥混凝土弯拉强度标准值、材料参数、最大温度梯度和板块宽度。
进一步地，在所述的步骤3)中，低配筋率连续配筋混凝土路面适用于中等交通荷载等级以上的道路，适宜的配筋率范围为0.2％～0.6％，其中，中交通荷载等级配筋率宜为0.2％～0.3％，重交通荷载等级配筋率宜为0.3％～0.4％，特重交通荷载等级配筋率宜为0.4％～0.5％，极重交通荷载等级配筋率宜为0.5％～0.6％。
进一步地，在所述的步骤4)中，钢筋的类型一般为hrb400热轧带肋钢筋，直径一般在14mm～20mm，间距一般在150mm～350mm。
进一步地，在所述的步骤5)中，缩缝间距l为
其中，ρ—低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率，％；[σs]—钢筋的容许应力，mpa；kc—考虑理论与实际差异以及施工变异水平和材料参数变异水平等因素影响的综合系数；μ0—低配筋率连续配筋混凝土路面面层与基层的动态摩阻系数；γ—混凝土的重度，kn/m3。
进一步地，钢筋的容许应力[σs]为
[σs]＝ksfsy；
其中，ks—钢筋容许应力折减系数；fsy—钢筋的屈服强度，mpa。
进一步地，钢筋容许应力折减系数ks一般为75％～85％，其代表值可取80％；
低配筋率连续配筋混凝土路面面层与基层的动态摩阻系数μ0一般为1.5～8.9，考虑到由于温度的升降，面层与基层之间会产生多次相对滑动，导致动态摩阻系数较小，其代表值可取1.8；
混凝土的重度γ，一般可取24kn/m3。
进一步地，综合系数
其中，
进一步地，理论与实际差异系数
施工变异水平系数
材料参数变异水平系数
水平一代表变异水平等级为低，水平二代表变异水平等级为中，水平三代表变异水平等级为高，不同道路等级对应不同的变异水平，高速、一级公路的变异水平等级为低级，二级公路的变异水平等级不大于中级，三四级公路的变异水平等级可为高级。
进一步地，低配筋率连续配筋混凝土路面包括由下至上依次铺设的底基层、基层、缓冲层和低配筋率连续配筋混凝土面层；低配筋率连续配筋混凝土面层内配置有单层连续配筋或双层连续配筋，混凝土面层上每隔一定距离l设置一条横向缩缝。
进一步地，单层连续配筋包括多个连续的纵向钢筋6和横向钢筋5，纵向钢筋6布置于横向钢筋5上方。
进一步地，双层连续配筋包括上层连续钢筋和下层连续钢筋；上层连续钢筋包括多个连续的纵向钢筋6和横向钢筋5，在上层连续钢筋中，纵向钢筋6布置于横向钢筋5上方；下层连续钢筋包括连续的纵向钢筋6和横向钢筋5，在下层连续钢筋中，横向钢筋5布置于纵向钢筋6上方。
进一步地，在单层连续配筋和双层连续配筋中，多个连续的纵向钢筋6并排布置于同一高度，沿道路长度方向延伸，多个横向钢筋5沿道路长度方向依次布置。
进一步地，横向缩缝的深度不大于4cm，宽度为5～10mm；根据权利要求1所述的低配筋率连续配筋混凝土路面结构，横向缩缝内填充有聚氨酯或高粘高弹改性沥青。
本发明的一个实施例中，参见图1，本发明包括以下步骤：
步骤一，低配筋率连续配筋混凝土路面的设计参数取值：
结合某一级公路采用低配筋率连续配筋混凝土路面，设计基准期30年，安全等级为一级，设计轴载100kn，最大轴载180kn，累计轴载作用次数1700万次，重交通荷载等级，路床顶面综合回弹模量100mpa，水泥混凝土弯拉强度标准值5.0mpa，水泥混凝土弹性模量31000mpa、泊松比0.15，水泥稳定碎石基层厚度0.36m、弹性模量2000mpa、泊松比0.20，级配碎石底基层厚度0.15m、弹性模量250mpa、泊松比0.35，最大温度梯度92℃/m，板块宽度4m。
步骤二，低配筋率连续配筋混凝土路面的板厚度计算：
按现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(jtgd40-2011)提供的计算方法计算低配筋率连续配筋混凝土路面的板厚度0.24m；
步骤三，初拟低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率：
根据低配筋率连续配筋混凝土路面为重交通荷载等级，初拟低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率为0.35％；
步骤四，确定实际配筋率：
根据初拟0.35％的配筋率，结合低配筋率连续配筋混凝土路面的板厚度0.24m，选定采用hrb400纵向钢筋、直径18mm、间距300mm，实际配筋率0.37％；
步骤五，计算低配筋率连续配筋混凝土路面横向缩缝间距：
[σs]＝ksfsy；
式中：l—低配筋率连续配筋混凝土路面的横向缩缝间距，m；ρ—低配筋率连续配筋混凝土路面的配筋率，％；[σs]—钢筋的容许应力，mpa；ks—钢筋容许应力折减系数；fsy—钢筋的屈服强度，mpa；kc—考虑理论与实际差异以及施工变异水平和材料参数变异水平等因素影响的综合系数；
钢筋容许应力折减系数取80％；
理论与实际差异系数取0.15；
施工变异水平系数，按照水平一时取0.18；
材料参数变异水平系数，按照水平一取0.05；
低配筋率连续配筋混凝土路面面层与基层的动态摩阻系数取1.8；
混凝土的重度，取24kn/m3；
低配筋率连续配筋混凝土路面的横向缩缝间距为39.72m，简化取整后可按35m设置横向缩缝，比钢筋混凝土路面的缩缝间距大大增加。
所述低配筋率连续配筋混凝土面层4虽然配置了一定量的纵向连续钢筋，但其配筋率还不足以完全控制横向缩缝的发展，因此仍需按一定间距设置横向缩缝7，同时配筋率越高，缩缝间距越大，配筋率与横向缩缝的对应关系见表1。
本发明旨在对连续配筋混凝土路面和钢筋混凝土路面存在的问题进行改良，研发一种低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距的确定方法，这种方法不仅可以解决现行规范没有关于低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距确定方式的问题，也可以填补现行规范关于低配筋率连续配筋混凝土路面设计的空白，确定的低配筋率连续配筋混凝土路面缩缝间距计算公式可用于指导设计，对科学合理地设计低配筋率连续配筋混凝土路面具有重要意义。
由于低配筋率连续配筋混凝土路面配筋的目的是为了加长缩缝之间的间距，同时保持混凝土在收缩或翘曲开裂时裂缝两侧紧密接触，不扩大裂缝，但配筋并不能消除裂缝，也不能减少荷载应力，因此低配筋率连续配筋混凝土路面采用与普通混凝土路面相同的板厚度。计算选定板厚度之后，如何确定与配筋率相匹配的横向缩缝间距是低配筋率连续配筋混凝土路面设计的核心。若横向缩缝间距过短，会导致切缝工作量增大，同时缩缝本身就是薄弱地带，切缝过多增加了质量隐患；若横向缩缝间距过长，切缝虽然减少了，但钢筋的控制作用不足，在两条缩缝之间可能会产生随机的、无规则的、宽度较大的裂缝，同样存在质量隐患。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
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