水泥混凝土路面传力杆设计的力学分析

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1、水泥混凝土路面传力杆设计的力学分析：基于Timoshenko弹性基础上的传力杆承担荷载的变形和杆组变形的线性分布理论，本文分析了传力杆直径、布置间距对承担荷载有效传力杆根数，接缝处传力杆的变形以及传力杆承受的剪力、弯矩与混凝土接触界面应力的影响，阐述了传力杆间距、直径设计思路方法。本文由提供,本站还提供服务以及混凝土结构论文下载,请保留一个链接:hunningtujiegou/关键词：水泥混凝土路面传力杆力学分析直径间距：U416文献标志码：A0引言为了控制温度变化在混凝土路面内引起的收缩和翘曲应力，需在面层内设置各种类型的接缝，并在接缝处设置荷载传递装置，以增强相

2、邻两块板之间的荷载传递效率。工程实践证明，接缝部位是水泥混凝土面层的薄弱部位，接缝的传荷能力是影响水泥混凝土路面使用寿命及行车平稳和舒适的关键因素。然而，以往的水泥路面设计规范并没有明确规定横缝位置设置传力杆的条件。我2003版水泥路面设计规范规定：特重和重交通公路、收费广场以及邻近胀缝或自由端部的3条缩缝，应采用设传力杆假缝形式。但是规范中并没有给出传力杆设计的方法，只是给出一个经验值。本文应用Timoshenko关于弹性地基上梁的弯曲公式分析传力杆直径、间距的设计思路，为进一步完善水泥混凝土路面设计方法提供理论依据。1.水泥混凝土板中传力杆的力学模型在本文中将传

3、力杆视为埋设在混凝土中的悬臂梁，采用解析法分析了传力杆的应力状态。根据Timoshenko弹性基础上梁的变形理论，当梁变形时，各点的回弹应力就与该点的变形成比例。因此，这种条件下就可以用ky表示单位长度梁上的回弹应力，其中k为地基反应模量，是指产生每单位的弯沉所需的应力。弹性地基上梁变形的一般方程可以写成：2.单个传力杆的控制指标接缝处的破坏经常是由于混凝土的抗压强度不足而产生的碎裂，进而使得传力杆的传荷能力降低，混凝土板弯沉增大，进而产生唧泥、板下脱空、错台等病害。所以控制指标选为传力杆与混凝土的接触面上的混凝土的支撑压力不大于容许支撑应力。根据Timoshenk

4、o理论荷载Pt作用下产生的传力杆挠度为式中：e自然对数的底数；x从混凝土面算起，传力杆伸进去的距离；M0混凝土接缝处缝面传力杆的挠曲力矩；β传力杆的相对劲度；Pt由邻板传来的荷载。对上式求导可以得到，在x=0处传力杆的挠度最大，所以混凝土受到的压应力最大，这就是为什么混凝土的碎裂是从表面开始的。由于混凝土的刚度比钢筋的大很多，在传力杆与混凝土的界面的力矩表达式如下：式中：z接缝的开口宽度。将M0带入y可得在混凝土接缝面上的压应力为容许支撑压力不仅与混凝土的极限抗压强度有关，还与传力杆的直径有关。本文中采用由美国混凝土学会第325委员会推荐的计算公式确定。式

5、中：容许支撑应力（磅/英寸2）；b传力杆的直径（英寸）；混凝土的极限抗压强度（磅/英寸2）3.传力杆设计传力杆使用的钢筋为Q235光圆钢筋，材料一般固定。传力杆设计主要是确定接缝处不出现由于传力杆过大变形和破坏而引起的错台所必需的直径、长度和间距。在传力杆设计过程中必须考虑两个重要的方面：传荷系数的大小和传力杆群组作用。所谓的传荷系数就是指传力杆将车轮荷载由接缝一侧直接承受荷载的板传到另一侧非直接承受荷载的板上的荷载比例。依据国内外的设计经验经常选用设计荷载的45%作为传导荷载Pt。也可以按照下面的公式实测混凝土板的挠度得到。下式定义接缝的传荷系数为：式中：未受荷板

6、的挠度；受荷板的挠度。当荷载作用与接缝时，传力杆是以一个群起作用的，而不是单独的一个传力杆起作用。仅靠荷载下的传力杆承受较大的荷载，其余的杆承受的荷载逐渐减小。Freiberg应用Timoshenko的公式进一步分析得到边缘荷载引起的最大反弯矩出现在距离荷载作用点1.8倍相对刚度半径处。因此假设，传力杆荷载分布为从中心向两侧按线性分布，到1.8倍刚度半径处下降到零。这样，根据传力杆群组作用计算得到有效传力杆数，再利用传荷系数，计算轮载下方传力杆上承受的最大荷载。根据前面的控制指标计算合理的传力杆直径。总之，就是通过传荷系数和传力杆直径、间距建立车轮轴载与混过凝土极限

7、抗压强度的关系式，确定合适的直径、间距使传力杆可以安全高效的工作。4.结论接缝破坏为水泥混凝土路面的三大病害(断板、错台、接缝破坏)之一，是影响水泥混凝土路面质量和运行舒适性的关键。解决的根本办法是在接缝处设置传力杆以提高接缝的荷载传递能力。传力杆是水泥路面设计最重要的结构特性。本文基于Timoshenko弹性基础上梁的变形理论，建立传力杆直径、间距与混过凝土极限抗压强度的关系，通过它们的大小关系使得传力杆可以安全高效的工作。当然本文中有一些不足之处，影响传力杆传和能力的因素有混凝土面板厚度和模量、基层厚度模量、土基强度以及面层与基层的层间接触条件等因素有关，文