温缩作用下双层连续配筋混凝土路面配筋率设计参数对比分析

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210796

吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (4): 1122-1132.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210796

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温缩作用下双层连续配筋混凝土路面配筋率设计参数对比分析

杨帆¹(),李琛琛^1,²,李盛³(),刘海伦¹

^1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804
^2.亚琛工业大学道路工程研究所，德国亚琛 52074
^3.长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室，长沙 410114

收稿日期:2021-08-18 出版日期:2023-04-01 发布日期:2023-04-20
通讯作者: 李盛 E-mail:15234058266@163.com;lishengttt@163.com
作者简介:杨帆（1993-），男，博士研究生.研究方向：道路工程. E-mail：15234058266@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51878076)

Numerical simulation of continuously reinforced concrete pavement with double⁃layer reinforcement under effect of temperature shrinkage

Fan YANG¹(),Chen-chen LI^1,²,Sheng LI³(),Hai-lun LIU¹

^1.Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education，Tongji University，Shanghai 201804，China
^2.Institute of Highway Engineering，RWTH Aachen University，Aachen 52074，Germany
^3.State Engineering Laboratory of Highway Maintenance Technology，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China

Received:2021-08-18 Online:2023-04-01 Published:2023-04-20
Contact: Sheng LI E-mail:15234058266@163.com;lishengttt@163.com

摘要/Abstract

摘要：

利用钢筋等效原理建立双层配筋CRCP在温缩作用下的数值模型并进行验证，在此基础上运用L50正交表设计数值仿真工况，以横向裂缝宽度b_j、纵向钢筋应力极值σ_s，max和混凝土应力极值σ_c，max作为评价指标，对11项配筋设计参数进行敏感性分析和显著性排序。显著性分析表明，线膨胀系数、温降和配筋率、粘结刚度系数、钢筋弹性模量对CRCP力学响应影响较为显著，应作为双层配筋CRCP主要设计指标。在双层配筋CRCP的配筋率设计试算中，建议将配筋率ρ依次按照ρ∈［0.60%，0.80%］、ρ∈［0.80%，1.00%］、ρ∈［1.00%，1.20%］三个取值区间进行试算；将连续配筋混凝土（CRC）板体的1/3厚度处作为上层纵向钢筋和下层纵向钢筋的取值基点。

关键词: 道路工程, 双层配筋CRCP, 纵向配筋率, 设计参数, 显著性排序

Abstract:

In this paper， the reasonable numerical model of CRCP with double-layer reinforcement under the action of temperature shrinkage is explored and verified. The error analysis and reliability analysis of the finite element calculation results and rectangular coordinate solutions are carried out to determine the reasonable analysis model. The L50 table was used to design the orthogonal test scheme of reinforcement factors， and the sensitivity analysis of design parameters affecting the reinforcement ratio of CRCP with double-layer reinforcement was carried out， and the influence law was studied. Through range analysis， variance analysis and significance evaluation， the sensitivity of each design parameter and the significance of the influence level are judged， the coefficient of linear expansion， temperature drop， reinforcement ratio， bond stiffness coefficient， and elastic modulus of steel rebars have significant effects on the mechanical response of CRCP with double layer reinforcement， and should be used as the main design indexes. It is suggested that the reinforcement ratio ρ according to ρ∈［0.60%，0.80%］、 ρ∈［0.80%，1.00%］、 ρ∈ ［1.00%，1.20%］ three value ranges for trial calculation； Take 1 / 3 of the thickness of CRC slab as the value point of longitudinal reinforcement.

Key words: road engineering, double layer reinforced CRCP, longitudinal reinforcement ratio, design parameters, significance ranking

中图分类号:

U416.216

杨帆,李琛琛,李盛,刘海伦. 温缩作用下双层连续配筋混凝土路面配筋率设计参数对比分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(4): 1122-1132.

Fan YANG,Chen-chen LI,Sheng LI,Hai-lun LIU. Numerical simulation of continuously reinforced concrete pavement with double⁃layer reinforcement under effect of temperature shrinkage[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2023, 53(4): 1122-1132.

图/表 22

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参考文献 25

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参数	面层	基层	钢筋
长/m	0.75	0.75	0.75
宽/m	0.20	0.20	Φ18
厚/m	0.30	0.20	-
弹性模量/MPa	31 000	100 0	200 000
泊松比	0.15	0.25	0.30
线膨胀系数/10^-5 ℃^-1	1.1	1.0	1.2

位置	弹性模量/10⁵ MPa	泊松比
钢筋	2.0	0.30
混凝土	315	0.15
等效薄层	5.336	0.153

距离板中x/m	u_c/mm	σ_c/MPa	u_s/mm	σ_s/MPa
0.00	0.000	2.507	0.000	-22.534
0.05	-0.017	2.491	-0.014	-21.934
0.10	-0.035	2.485	-0.028	-20.071
0.15	-0.052	2.468	-0.041	-18.301
0.20	-0.069	2.436	-0.053	-16.748
0.25	-0.087	2.388	-0.064	-11.606
0.30	-0.104	2.318	-0.073	-4.100
0.35	-0.122	2.217	-0.079	6.575
0.40	-0.140	2.078	-0.083	16.330
0.45	-0.159	1.883	-0.087	21.558
0.50	-0.177	1.706	-0.086	42.796
0.55	-0.197	1.386	-0.081	71.477
0.60	-0.217	1.166	-0.076	111.397
0.65	-0.241	0.872	-0.063	151.317
0.70	-0.264	0.445	-0.039	197.726
0.75	-0.293	0.000	0.000	244.846

项目	u_c/mm	σ_c/MPa	u_s/mm	σ_s/MPa
误差值/%	5.024	6.861	3.103	7.474
有线元解	0.397	2.335	0.084	226.546
解析解	0.418	2.507	0.087	244.846

配筋设计参数	取值水平
配筋设计参数	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
弹性模量E_c/10⁴ MPa	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
线膨胀系数α_c/10^-5 ℃^-1	0.3	0.5	1.0	1.5	1.8
弹性模量E_s/10⁵ MPa	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5
线膨胀系数α_s/10^-5 ℃^-1	0.3	0.6	0.9	1.2	1.5
地基摩阻系数k_c/（MPa·m^-1）	10	20	30	40	50
粘结刚度系数k_s/（MPa·m^-1）	28	30	32	34	36
温降ΔΤ/（℃^-1）	10	20	30	40	50
配筋率ρ/%	0.8	0.9	1.0	1.1	1.2
钢筋直径d_s/mm	14	16	18	20	22
钢筋间距b/mm	114	124	130	150	182
钢筋位置	LOC?I	LOC?II	LOC?III	LOC?IV	LOC?V

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Numerical simulation of continuously reinforced concrete pavement with double⁃layer reinforcement under effect of temperature shrinkage

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LOC?II	上层钢筋距板顶1/2板厚处，下层钢筋距板底1/4板厚处。
LOC?III	上层钢筋距板顶1/3板厚处，下层钢筋距板底1/2板厚处。
LOC?IV	上层钢筋距板顶1/4板厚处，下层钢筋距板底1/2板厚处。
LOC?V	上层钢筋距板顶1/3板厚处，下层钢筋距板底1/3板厚处。

参数因子	R（σ_c，_max）	R（σ_s，_max）	R（b_j，_max）
弹性模量E_c	0.306	30.361	0.018
线膨胀系数α_c	0.802	76.214	0.084
弹性模量E_s	0.512	50.174	0.037
线膨胀系数α_s	0.744	27.041	0.043
地基摩阻系数k_c	0.346	22.758	0.031
粘结刚度系数k_s	0.267	53.469	0.061
温降ΔT	0.847	72.819	0.075
配筋率ρ	0.164	16.234	0.032
钢筋直径d_s	0.625	48.991	0.028
钢筋间距b	0.414	17.126	0.018
钢筋位置L_s	0.345	39.003	0.032

参数因子	σ_c，max			σ_s，max			b_j，max			α=0.10， F_α =4.11	α=0.05， F_α =6.39	α=0.01， F_α =16.00
	偏差平方和	自由度	F比	偏差平方和	自由度	F比	偏差平方和	自由度	F比	α=0.10， F_α =4.11	α=0.05， F_α =6.39	α=0.01， F_α =16.00
	偏差平方和	自由度	F比	偏差平方和	自由度	F比	偏差平方和	自由度	F比	显著性	显著性	显著性
E_c	0.192	4	4.09	6 488	4	4.27	0.012	4	6.0	√#
α_c	0.802	4	17.06	31 300	4	20.62	0.035	4	17.5	＊√#	＊√#	＊√#
E_s	0.461	4	9.81	21 799	4	14.36	0.031	4	15.5	＊√#	＊√#
α_s	0.047	4	1.00	5 264	4	3.47	0.012	4	6.0	#
k_c	0.164	4	3.49	3 588	4	2.36	0.007	4	3.5
k_s	0.477	4	10.15	15 762	4	10.38	0.029	4	14.5	＊√#	＊√#
ΔΤ	0.767	4	16.32	27 727	4	18.27	0.033	4	16.5	＊√#	＊√#	＊√#
ρ	0.214	4	4.55	4 529	4	2.98	0.019	4	9.5	＊#	#
d_s	0.625	4	13.30	9 218	4	6.07	0.006	4	3.0	＊√	＊
b	0.190	4	4.04	1 518	4	1.00	0.002	4	1.0
L_s	0.245	4	5.21	9 576	4	6.31	0.007	4	3.5	＊√

项目	C≤0.1	0.1<C≤1.0	1.0<C≤5.0	5.0<C≤10.0	C≥10.0
显著程度	不影响	不显著	比较显著	显著	很显著
显著性等级	Ⅴ	Ⅳ	Ⅲ	Ⅱ	Ⅰ

参数类别	设计指标变化量平均显著性等级
参数类别	敏感因子	σ_c，max	σ_s，max	b_j
混凝土材料	E_c	0.90（Ⅳ）	2.96（Ⅲ）	0.70（Ⅳ）
	α_c	16.87（Ⅰ）	10.46（Ⅰ）	10.27（Ⅰ）
钢筋材料	E_s	12.94（Ⅰ）	10.91（Ⅰ）	9.96（Ⅱ）
	α_s	1.89（Ⅲ）	1.47（Ⅲ）	0.05（Ⅴ）
	d_s	5.36（Ⅱ）	1.73（Ⅲ）	4.21（Ⅲ）
	b	4.06（Ⅲ）	3.14（Ⅲ）	4.42（Ⅲ）
界面性质	k_c	0.16（Ⅳ）	0.21（Ⅳ）	0.26（Ⅳ）
环境变量	k_s	11.46（Ⅰ）	9.64（Ⅱ）	10.31（Ⅰ）
	ΔΤ	15.60（Ⅰ）	12.10（Ⅰ）	13.24（Ⅰ）
CRC板	ρ	4.94（Ⅲ）	3.70（Ⅲ）	8.23（Ⅱ）

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