摘要:阐述了国内外连续配筋混凝土路面配筋设计方法并对国内配筋设计理念进行了分析，通过工程实例研究分析了连续配筋混凝土路面配筋设计的关键参数及之间存在的相互关系，研究结果对连续配筋混凝土路面配筋进行合理设计和推广应用具有一定的借鉴意义。
关键词：连续配筋混凝土路面，配筋，研究
1 概述
连续配筋混凝土路面(简称CRCP)是道路工程为了克服接缝水泥混凝土路面的各种病害及改善路用性能而采用的一种混凝土路面形式，是在面层内设置连续的纵向和横向钢筋而不设置横向缩缝的道路结构（施工缝及构造所需的胀缝除外），主要表现为在路面纵向配有足够数量的钢筋来控制混凝土路面板纵向收缩产生的裂缝，从而取消了横向接缝，避免了各种横向接缝带来的损坏，使路面具有平整的表面，改善并提高了混凝土路面的使用品质和行车性能，增强了路面的整体强度和刚度，延长了路面的使用寿命并减少了路面的养护费用。因此，连续配筋混凝土路面在世界各国的公路建设中得到越来越多的应用，而且使用性能良好。
2 配筋设计
2.1国内配筋设计
国内现行规范给出了横向裂缝平均间距、横向裂缝缝隙平均宽度、纵向钢筋应力的计算公式，在进行纵向配筋设计时初拟配筋率，根据初拟配筋率计算横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度和钢筋应力，根据计算结果最终确定配筋率。规范主要要求如下：
连续配筋混凝土面层的纵向和横向钢筋均应采用螺纹钢筋；纵向钢筋距面层顶面不应小于90mm；纵向钢筋埋置深度处的裂缝缝隙平均宽度不大于0.5mm；横向裂缝的平均间距不大于1.8m。
2.2国外配筋设计
AASHTO 设计CRCP是在力学-经验法的基础上形成的一套实用的设计方法，该方法以平整度和冲断为指标，对路面设计寿命不同时期进行分析，不同时期采用不同的设计参数，应用时间增量法进行设计。在分析路面结构性能时，采用的交通条件、荷载类型及混凝土等参数也是随着时间的推移而变化的。因此该设计方法能够对道路结构设计寿命期内不同时期的路面结构性能进行预估，当然这种预估的前提是对交通条件、荷载类型及混凝土等参数随时间变化的预估，这种力学-经验模式的设计方法不仅能够适应荷载、材料、施工、设计理念、计算机应用等方面的变化，还为今后对该方法不断进行改进和完善提供了一个构架。
从国内外配筋设计的方法来看，我国现行规范所采用的设计方法仅对横向裂缝平均间距、横向裂缝缝隙平均宽度、纵向钢筋应力进行控制，采用的设计参数跟路面使用时间没有关系，采用最不利条件下的荷载，没有考虑交通条件、荷载类型及时间等参数对路面的影响。
3 案例计算（现行规范设计方法）
以山西省晋中市榆次区中鼎物流园项目工程为例，该工程道路属重交通荷载等级，选用连续配筋混凝土面层。参数如下：混凝土弯拉强度5.0MPa，混凝土抗压强度，混凝土抗拉强度，。混凝土泊松比，混凝土容重，混凝土线膨胀系数。混凝土与基层间摩阻系数，水稳碎石基层。
山西为公路自然区划Ⅲ区，最大正温度梯度为92℃/m，最大负温度梯度为Tg=-92/3=-30.7℃/m。公路自然区划Ⅲ区，k1=0.68，空气相对湿度，混凝土温度与硬化时的最大温差。
水灰比，混凝土用水量。。
拟定混凝土面板厚，纵向钢筋选用HRB335，设配筋率，钢筋埋置深度，钢筋直径，线膨胀系数。钢筋弹性模量，屈服强度。
按照现行规范的方法进行纵向钢筋设计（以下计算省略了部分计算过程）。
3.1 计算横向裂缝间距
混凝土板相对刚度半径，翘曲应力系数。设平均裂缝间距初始值为0.7m，经迭代计算可得，根据公式计算到（小于裂缝平均间距1.8m的要求）。
3.2 计算横向裂缝平均裂隙宽度
（小于缝隙平均宽度0.50mm要求）
3.3 计算裂缝处纵向钢筋应力
（小于钢筋屈服强度335MPa）
3.4 结果分析
按照现行规范的设计方法对上述案例进行计算，连续配筋混凝土面层在设计时，初步拟定配筋率，根据初拟的配筋率来验算横向裂缝平均间距Ld、裂缝缝隙平均宽度bj以及钢筋应力σs。当横向裂缝平均间距Ld>1.8m时，增大配筋率，重新计算；当裂缝缝隙平均宽度bj≤0.5mm时满足要求，否则应增大配筋率重新计算；当钢筋应力σs不大于钢筋屈服强度时，满足要求，否则应增大配筋率重新计算；当三个必要条件同时满足时，最终确定配筋率，从而确定配筋的根数。
因此本文根据算例对配筋率、横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度、钢筋应力及钢筋埋置深度及钢筋埋置深度处混凝土温度与硬化时温度最大温差等相关数据进行了详细的数据计算结果统计和分析。
通过上述图示结果分析，随着初拟配筋率的增大，横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度、钢筋应力呈递减形式，配筋率越大，计算结果数值越小，设计结果越趋于保守或者钢筋配置设计存在浪费现象。因此从工程项目的经济性和设计成果的准确性出发，必须选用合适的配筋率，以确保设计成果质量和工程经济。
通过上述图示结果分析，在配筋率拟定的情况下，随着钢筋埋置混凝土温度与硬化时温度最大温差的变化，横向裂缝平均间距呈逐步增大趋势、裂缝缝隙平均宽度呈逐步减小趋势、钢筋应力呈逐步增大趋势，而计算结果全部满足要求。因此可见，在配筋率拟定的情况下，钢筋埋置混凝土温度与硬化时温度最大温差与计算结果之间还是存在一定的线性关系，但从现行规范计算公式来看，对温度效应没有考虑钢筋埋置深度处温差的影响，与实际不符。
通过上述算例计算结果进行分析，为了使得计算结果满足要求，上述算例裂缝平均间距基本在0.75m左右，现行规范附录D的计算例题也存在同样的问题，算例中平均裂缝间距为0.722m，缝隙平均宽度0.453mm。通过反复的试算与迭代计算，为了使平均裂缝宽度小于0.5mm的要求，裂缝平均宽度基本维持在0.75m左右，这样就意味着相当一部分横向裂缝间距很小，而根据AASHHTO-2002的统计结果表明：横向裂缝间距30-60cm之间的数据占据了65%，因此可以说明现行规范在计算裂缝平均宽度时采用的计算公式还不够科学和合理。
通过上述图示结果分析，当配筋率确定时，随着纵向钢筋埋置深度的增大，横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度、钢筋应力整体都呈增大趋势。本算例中，初拟纵向钢筋埋置深度为0.09m，混凝土板面层厚度为0.26m，按照现行规范要求：距离面层顶面不应小于90mm，最大深度不应大于1/2面层厚度。根据计算统计结果来看，当纵向钢筋埋置深度逐步增大到0.1m时，配筋率从0.75%增大为0.8%，当纵向钢筋埋置深度增大到0.125m时，配筋率增大为0.85%。由此可以推断，在钢筋混凝土面层厚度不变得情况下，纵向钢筋埋置深度与配筋率之间从在一定的关系，随着纵向钢筋埋置深度的增大，需要增大配筋率来满足要求，在某一埋置深度区间配筋率保持不变，而且横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度、钢筋应力逐步增大。从工程经济性来看，纵向钢筋埋置深度越大，所需配置的钢筋量越大，不经济，因此在进行工程项目设计时按照现行规范规定的纵向钢筋埋置深度取值还是比较合理的。
4 结语
纵向配筋是修筑连续配筋混凝土路面的关键技术，同时也是其推广应用的关键所在。通过对国内外配筋设计方法的比较分析以及国内对连续配筋混凝土路面设计的理论研究，现行规范在连续配筋混凝土路面方面仅对横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度、钢筋应力作为主要控制参数，没有考虑交通条件、荷载类型及时间等参数对路面的影响；同时通过对工程实例的设计过程分析来看，现行规范中配筋率对连续配筋混凝土路面横向裂缝平均间距、裂缝缝隙平均宽度、钢筋应力的影响是最主要的控制参数，而且存在一定的线性关系。与AASHHTO-2002设计方法比较来看，现行规范设计出来的结果与实际还有一定的偏差，而且在采用现行规范设计时，配筋率、钢筋埋置深度以及温差等参数的选用对设计结果也有一定的影响，在设计过程中需要合理选用，本计算案例具有很大的实用性和广泛的指导作用，研究结果对连续配筋混凝土路面配筋的合理设计和推广应用具有一定的借鉴意义。
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论文作者:王学政
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第05期
论文发表时间:2019/6/21
标签：钢筋论文; 裂缝论文; 混凝土论文; 路面论文; 平均论文; 纵向论文; 横向论文; 《工程管理前沿》2019年第05期论文;