關于提高連續配筋混凝土（CRCP）接縫傳荷能力的探討

余培正

摘 要：連續配筋混凝土路面（CRCP）在施工時完全不設脹、縮縫，較之普通水泥混凝土路面具有行車舒適性好、路面承載能力強、使用壽命長、養護費用低等優點。剛性路面接縫傳荷能力對路面結構的整體強度、表面特性及其使用壽命均有重要的影響。此外，當今世界汽車運輸的特點是向重型、快速方向發展，接縫傳荷能力的重要性便更加突出。本文探討了提高連續配筋混凝土路面（CRCP）接縫傳荷能力的幾點措施。

關鍵詞：連續配筋混凝土路面（CRCP）;承載能力;接縫;傳荷能力

1 接縫傳荷能力的定義與評定指標

混凝土路面板的接縫所具有的將車輪荷載由接縫一側直接承受荷載的板塊向接縫另一側非直接承受荷載的板塊進行傳遞的能力，稱為接縫的傳荷能力。表征傳荷能力的直接指標應該是接縫兩側所承受的荷載之比值，即：

式中：——接縫傳荷系數;——直接承重板所承受的荷載;——由接縫傳遞至非直接承重板所承受的荷載。

與之和為車輪施加于路面板接縫位置的外力總荷載P。根據接縫傳荷能力的不同，可分為三種情況。

情況一：接縫完全不具備傳荷能力。例如全部斷開，且完全脫離接觸的接縫，以及路面板的自由邊界。荷載全部由直接承重板承受，非直接承重板不承受荷載，因此，接縫傳荷系數為零。即：

情況二：接縫具有最佳的傳荷能力。例如配置傳力桿的縮縫，以及結構緊密、性能完好的脹縫在夏令季節工作狀態。荷載由直接承重板與非直接承重板平均分擔。接縫傳荷系數最大。即：

即使是傳荷能力最佳的接縫，它仍然不具備傳遞彎矩的能力。這種具有最佳傳荷能力的接縫，相當于結構力學中的鉸接邊界。

情況三：接縫具有一定的傳荷能力，但是達不到情況二的最佳狀態。例如脹縫在冬令季節輕微松動;接觸緊密，但是沒有配置傳力桿的縮縫等。此時直接承重板承受的荷載大于非直接承重板，傳荷系數小于1.0，即：

大多數接縫的傳荷能力處于第三種情況，即使在使用初期，情況良好，傳荷系數達不到1.0，但是經過使用一些年之后，也會降低，成為第三種情況。

采用實際承受荷載比值來表征接縫的傳荷能力，雖然同傳荷能力的定義是完全一致的，但是對于荷載分配的實際狀況卻難以量測，所以也無法對各種接縫的傳荷能力，以及板體的應力、應變狀態作定性、定量分析。為此，又提出了反映接縫傳荷能的間接指標，主要有兩種：

（1）以撓度比值作為評定接縫傳荷能力的指標。當車輪P作用于縫邊，直接承重板承受的荷載為，板邊產生撓度為;非直接承重板承受了由接縫傳過來的荷載，板邊產生的撓度為，傳荷系數為：

（2）以路面板邊緣最大應變比值作為評定接縫傳荷能力的指標。當車輪作用于縫邊，直接承重板承受的荷載為，板邊產生最大應變為;非直接承重板承受了由接縫傳過來的荷載，板邊產生的最大應變為，傳荷系數為：

從荷載應力計算理論來看，無論是溫克勒地基模型或是彈性半空間地基模型，當路面結構、地基支承與荷載條件完全相同的情況下，某一特定位置的撓度或應變與荷載的大小成正比，因此，從理論上分析，用撓度值或應變比值取代荷載比值作為傳荷系數，以表征接縫的傳荷能力都是有根據的。

2 影響接縫傳荷能力的因素

國內許多學者通過實驗對影響接縫傳荷能力的因素進行研究：

由周德云、姚祖康《水泥混凝土路面接縫傳荷能力的分析》[1]一文中了解，此文中采用Winkler地基假設和剪切彈簧單元模型作為接縫傳荷介質，建立了接縫傳荷系數（撓度比）與應力折減系數之間的關系;路面結構剛度（用相對剛度半徑表示）對縱縫處的應力折減系數與撓度比關系無明顯影響，可以認為沒有直接關系，對橫縫處的傳荷能力則影響較大;接縫處臨界荷位的撓度比值，可根據現場實測調查或室內試驗確定，此文中建立的撓度比與應力折減系數之間的關系，可用于對新舊路面的接縫傳荷能力的評價和具有接縫的水泥混凝土路面結構的設計。

在唐伯明與鄧學鈞的《剛性路面接縫傳荷能力的評定與分析》[2]一文中，對水泥混凝土路面接縫傳荷能力性能進行了比較系統的評定與分析，得出如下結論：

（1）有限元分析表明，影響接縫傳荷的主要因素是傳力桿系數Cw及傳力桿的松動量SL;當要保證應力比傳荷能力時，Cw值不小于5*104 kN/m;一般隨松動量SL的增大，傳荷能力呈線性遞減，當SL大于等于自由板板邊撓度時，傳力桿的傳力作用將完全喪失，在傳力桿接縫的設計分析中必須充分重視。

（2）理論計算表明，撓度比傳荷能力Ew與應力比傳荷能力Ea間不存在簡單的對應關系，一般Ew值較高，而Ea僅為Ew的50%左右，這一結論在本次實驗中得到了很好的驗證。對于實際使用中的混凝土路面，可由FWD快速測定接縫的繞度比傳荷能力。

由周正峰、凌建明、袁捷發表的《機場水泥混凝土道面接縫傳荷能力分析》[3]一文中，基于ABAQUS有限元軟件，按照“貢獻面積”剛度分配原則，通過在相鄰混凝土板側面的對應結點設置彈簧單元，建立并驗證了考慮接縫傳荷能力的機場剛性道面三維有限元模型。結果表明：接縫傳荷能力與荷載大小無關，只與道面結構自身有關;增大混凝土板厚度，板邊應力和接縫傳荷能力均有明顯減小;增大接縫剛度，可以提高接縫的傳荷能力，并改善接縫附近混凝土板的受力狀況。在多輪荷載作用下，輪距越小，板邊應力和接縫傳荷能力越大;除了三軸三輪起落架的應力折剪系數略小于0.25外，其它構型起落架都大于0.25，而以荷載表征的接縫傳荷系數隨著起落架軸數的增加而減小。

3 提高接縫傳荷能力的途徑

提高剛性路面接縫傳荷能力可以從以下三方面著手：

（1）合理的平面分塊與接縫布置。平面分塊要嚴格按規定劃分，避免錯縫、銳角等不規則布置方法。對脹縫的設置要十分慎重，因為脹縫的傳荷能力差、病害多，而且脹縫的存在會引起縮縫的松弛，不能緊密接觸，結果使其他縮縫的傳荷能力也下降。因此，不設脹縫或少設脹縫是提高接縫傳荷能力的有效措施。

（2）改進接縫構造，提高施工質量，使接縫長期保持良好的傳荷能力。接縫的形式、構造、尺寸、材料以及施土養護方法等都可以進一步研究改進，使之更加合理，更加有利于提高接縫的傳荷能力。

（3）修筑穩定性良好的基層。實踐證明，基層的穩定性和強度對接縫傳荷能力有明顯影響。因此，干線公路剛性路面一般都修筑穩定性良好的基層，如水泥穩定類基層、瀝青穩定類基層等，也有鋪筑低標號貧混凝土作為路面基層的，這對提高傳荷能力效果更佳。

4 總結

影響接縫縫傳荷能力的因素比較多，通過各種實驗以及理論分析，荷載大小、面層厚度、基層厚度、面層與基層接觸條件、土基強度和接縫剛度等均對裂縫傳荷能力有影響。

從實際測量效果與直觀感覺來看，撓度比值比之于應變比值更能準確地量測，易于被人們接受，且應用于計算分析也較方便。

參考文獻：

[1]周德云，姚祖康.水泥混凝土路面接縫傳荷能力的分析[J].同濟大學學報（自然科學版），1993（1）：57-65.

[2]唐伯明，鄧學鈞.剛性路面接縫傳荷能力的評定與分析——FWD開發應用研究[J].東南大學學報，1991（6）：84-91.

[3]周正峰，凌建明，袁捷.機場水泥混凝土道面接縫傳荷能力分析[J].土木工程學報，2009（2）：112-118.