本發(fā)明涉及到舊水泥路面加鋪，尤其涉及一種基于雙模量理論的舊水泥路面分離式加鋪crc層路面結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力計算方法。

背景技術(shù)：

1、水泥混凝土路面因其承載力高、剛度大、使用壽命長而被廣泛應(yīng)用，水泥混凝土路面包括普通接縫混凝土路面(jpcp)、連續(xù)配筋混凝土路面(crcp)、鋼筋混凝土路面(jrcp)、鋼纖維混凝土路面(sfcp)、預應(yīng)力混凝土路面(pcp)、裝配式混凝土路面等。水泥混凝土路面在服役過程中，由于重載等嚴酷環(huán)境的作用，致使水泥路面產(chǎn)生裂縫、斷板、脫空、錯臺等病害，且由于設(shè)計使用期內(nèi)交通量增長速度遠高于預期及受到其他因素的影響，我國不少水泥路面未達到使用年限即出現(xiàn)了嚴重的結(jié)構(gòu)性破壞和使用功能衰退，嚴重影響公路運輸行車安全和效益。因此，基于延壽修復的水泥路面耐久性提升問題已成為我國公路交通基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展的重要需求牽引。

2、舊水泥路面分離式加鋪連續(xù)配筋混凝土層(crc層或crc板)的加鋪形式能夠結(jié)合舊水泥路面與crc板的特點。首先，crc層可以極大地折減舊水泥路面的荷載與溫度應(yīng)力，從而延長舊水泥路面的壽命。其次，舊水泥路面作為crc層的下臥層，可以大大降低crc層脫空的風險，降低crc板沖斷的概率。舊水泥路面板與crc層都是主要承載結(jié)構(gòu)層，極大提高了路面的承載力。

3、雖然該結(jié)構(gòu)已有成功的應(yīng)用案例，但是目前為止仍未有系統(tǒng)成熟的設(shè)計方法。尤其是水泥路面設(shè)計時重要的荷載應(yīng)力求解環(huán)節(jié)，無論是最新的公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范征求意見稿還是現(xiàn)行公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范都無法同時分別計算兩個結(jié)構(gòu)層的荷載應(yīng)力。征求意見稿是由于無法計算復合基層板中上基層板的荷載應(yīng)力，而現(xiàn)行規(guī)范則是未對crc層的荷載應(yīng)力方向進行區(qū)分，計算結(jié)果仍為縱向拉應(yīng)力，不符合crc板的破壞特征。且現(xiàn)有荷載應(yīng)力計算公式建立時并未考慮水泥混凝土材料的拉壓異性行為，因此建立的公式缺乏準確性和科學性。

4、綜上，如何基于現(xiàn)行規(guī)范的體系，并結(jié)合雙模量理論建立適用于舊水泥路面分離式加鋪crc層路面結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力計算方法是目前亟待解決的一個技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種舊水泥路面分離式加鋪crc層路面結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力計算方法，本發(fā)明基于雙模量理論，借鑒現(xiàn)行規(guī)范的公式形式，結(jié)合有限元計算的大量數(shù)據(jù)回歸擬合得到了延壽路面結(jié)構(gòu)的荷載應(yīng)力計算公式。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

3、一種舊水泥路面分離式加鋪crc層路面結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、s1.?獲取路面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)；

5、s2.?將路面結(jié)構(gòu)簡化為雙層板模型；

6、s3.?計算雙層板模型的面層板與基層板的截面彎曲剛度；其中，面層板為crc層，基層板為舊水泥路面板；

7、首先計算各層板的中性面高度 h 0，計算公式為：

8、

9、其中， e1和 e2為拉壓彈性模量，其單位為mpa； μ1和 μ2為拉壓彈性模量，其單位為mpa； h為層板厚度，其單位為m

10、接著，基于步驟s301獲得的中性面高度，計算各層板的中性面高度截面彎曲剛度d，計算公式為：

11、

12、s4.?基于限元計算得到的不同荷載大小下crc板表面最大橫向拉應(yīng)力和舊水泥路面板底面最大縱向拉應(yīng)力數(shù)據(jù)，擬合得到雙層板模型的面層板與基層板的彎矩系數(shù)；

13、其中，面層板彎矩系數(shù)的計算表達式為：

14、

15、基層板彎矩系數(shù)的計算表達式為：

16、

17、其中， r g為計算荷載應(yīng)力時層板的當量相對剛度半徑，其單位為mm； α為一側(cè)雙輪載的當量荷載半徑，其單位為m；

18、s5.?基于計算得到的截面彎曲剛度和彎矩系數(shù)，分別計算面層板與舊水泥路面板臨界荷位下的荷載應(yīng)力；

19、其中，求解面層板荷載應(yīng)力的計算公式為：

20、

21、求解基層板荷載應(yīng)力的計算公式為：

22、

23、式中， d c為面層板的截面彎曲剛度，其單位為mpa?m3； d b為基層板的截面彎曲剛度，其單位為mpa?m3； ps為設(shè)計軸載的單軸重，其單位為mn； φ為彎矩分配系數(shù)； m c為面層板的彎矩系數(shù)； m b為基層板的彎矩系數(shù)； h c為crc層厚度； h b1為舊水泥混凝土面板厚度。

24、具體的，當舊水泥路面板的基層為半剛性或剛性基層時，舊水泥路面板為上基層板，舊路基層為下基層板，舊水泥路面板與其路基層看作復合基層板。

25、具體的，當基層板為復合基層板時，復合基層板的復合截面彎曲剛度計算公式如下：

26、

27、其中， d b1為上基層板截面彎曲剛度，mpa?m3； d b2為下基層板截面彎曲剛度，mpa?m3。

28、具體的，當基層板為復合基層板時，將求解得到的基層板的荷載應(yīng)力變?yōu)閺秃习迕x荷載應(yīng)力，進一步求解上基層板的荷載應(yīng)力，計算公式為：

29、。

30、具體的，面層板與基層板彎矩系數(shù)具體計算過程如下：

31、建立大量舊水泥路面分離式加鋪crc層的路面結(jié)構(gòu)有限元模型，上述路面結(jié)構(gòu)有限元模型的結(jié)構(gòu)層厚度、材料參數(shù)各不相同，其中，材料的雙模量本構(gòu)通過umat子程序設(shè)置；

32、計算并讀取路面結(jié)構(gòu)有限元模型在不同荷載大小下crc層表面最大橫向拉應(yīng)力和舊水泥路面板底面最大縱向拉應(yīng)力；

33、計算路面結(jié)構(gòu)有限元模型的面層板與基層板截面彎曲剛度和彎矩分配系數(shù)，并將數(shù)據(jù)代入面層板和基層板荷載應(yīng)力計算公式中，進而獲得路面結(jié)構(gòu)有限元模型的面層板與基層板彎矩系數(shù)；

34、計算路面結(jié)構(gòu)有限元模型對應(yīng)的當量相對剛度半徑和當量荷載半徑，結(jié)合上一步求得的面層板與基層板彎矩系數(shù)，分別擬合獲得面層板與基層板的彎矩系數(shù)計算公式。

35、具體的，步驟s1中獲取的材料參數(shù)包括抗拉彈性模量、抗壓彈性模量、拉泊松比以及壓泊松比。

36、與現(xiàn)有相似方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

37、1.?本發(fā)明考慮了水泥混凝的拉壓異性特征，建立計算方法時引入了雙模量理論，且考慮了crc層沖斷的破壞特征，采用crc層頂面的橫向拉應(yīng)力和舊水泥路面板底面的縱向拉應(yīng)力分別擬合面層彎矩系數(shù)和基層彎矩系數(shù)，所建立的計算方法求解的荷載應(yīng)力更符合結(jié)構(gòu)破壞特征，更加科學合理和精準。

38、2.?本發(fā)明充分結(jié)合了現(xiàn)行水泥路面設(shè)計規(guī)范和最新征求意見稿的計算方法，解決了無法同時計算crc層頂面橫向拉應(yīng)力和舊水泥路面板底面縱向拉應(yīng)力的問題，對現(xiàn)行規(guī)范起到了完善和有益補充作用。

39、3.?本發(fā)明對比有限元法極大程度的降低了雙模量理論下舊水泥路面加鋪crc層結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力的求解難度，降低了雙模量理論的應(yīng)用門檻和推廣難度。