弹性地基上的空心路面结构制造技术

本发明专利技术属于一种道路面层结构，特别涉及于一种重载下的路面或机场的铺面层结构。它主要由基层和面层构成。其中的面层是一种减薄了的混凝土面层板，并在其底部设置有一排横穿面层板的圆孔，或在其底部开设有纵横密布的圆锥形小孔洞。本发明专利技术的空心路面结构应用了新的软科学模型，用三维有限元程序计算，改变了面层板的受力状态，使板中拉应力降到最小，从而减薄了板的厚度，节省了大量材料和投资。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种道路面层结构，特别涉及一种重载下的路面或飞机场的铺面层结构。现有的机场道面很厚，国内一般为40cm左右，国外为40-60cm，混凝土公路路面的厚度也很厚，城市广场、人行道上铺设的大方砖、小方砖也很厚，既费工费钱，也极易损坏表面。众所周知，路面层薄板的受力状态是上层受压，下层受拉，而混凝土的力学性能是抗压性能好，抗拉能力差，两者相差5-6倍以上，在板底因拉力过大而断裂时，板上层的压应力远没有达到极限应力。此外，板中下部的拉应力也很小。所以，道路面层薄板有70%的材料没有发挥作用。现有道(路)面层板的上表面与板底二十多度的温差，造成很大温度应力，需要多设温度缝，并且由于缝隙掉边掉角，面层坑坑凹凹，严重影响行车的速度。此外，七十年代修建的许多道路面层薄板，在板下铺设一砂垫层，砂层不能承重，荷载维以传到基础。板自重引起的压应力为0.0064MPa，可以略去不计，所以说路面薄板的基础不承受重量，只起支托作用。本专利技术的目的首先在于要改变路面(薄)板的受力性能，使板中的拉应力大大减小，以便充分发挥混凝土的抗压能力。本专利技术的另一目的是要尽量降低板面与板底的温差，从而加大路面板中温度缝的间距使路面平坦少缝，以便使车辆能高速行驶。为了实现本专利技术的上述目的，提出一种弹性地基上的空心道(路)面层板结构，这种路面层板结构主要由基层和面层构成。其特征在于所述面层是一种减薄了的混凝土面层板，并在其底部设置一排横穿面层板的圆孔。或在其底部开设有纵横密布的圆锥形小孔洞。所述基层为刚性基础，如贫混凝土层。在道路交叉处，路面板底部的圆孔也呈交叉状并贯通。本专利技术的空心路面结构由三维有限元程度计算或其它有限元程度计算，在板底横贯有一排圆孔的路面板时，其力学模型是弹性地基上连续圆柱厚壳板;在板底设置有密布的圆8锥形小孔洞的路面板时，其力学模型为弹性地基上连续旋转对称壳板。包括板厚，孔洞直径，孔与孔之间的距离，基础的回弹模量等因素，构成了多因素的优代设计。使在路面层结构中在荷载作用下主要产生压应力，拉应力可控制在很小的数值。因此，面层板可以很薄。空心路面依靠自身的刚度承受大部分荷载，少量传给基础，充分发挥混凝土抗压性能好的特点。本专利技术的空心路面结构的施工方法，其步骤为1)、压实路基，铺筑基层;2)、装设模板，并在模板下部掏开一排圆孔，以便铺放圆管;或在模板范围内的基层表面放置密布的小圆锥壳体;3)、在轨道式摊铺机上装设双向液压拔管机具，并将其架设在作为轨道的模板上;4)、浇灌面层板混凝土;5)、在混凝土终凝前适当时间内拔出圆管。本专利技术的空心路面板中的拔管方法也可采用空心混凝土楼板相类似的方法。本专利技术的空心路面结构的优点主要有1、空心路面板在荷载作用下主要产生压应力，发生在圆孔两侧，在圆孔顶部和板底(沿圆孔长度方向)产生很小的拉应力。拉、压应力的大小可以通过断面形式的设计加以调整。2、空心路面板依靠自身的刚度可以承受大部分荷载，小部分传给了基础，充分发挥混凝土抗压性能好的特点，拉应力可控制在很小范围内，因此板厚可以很薄，一般在10cm以内。3、由于板底一排密布的圆孔和空气相通，板的上表面与板底的温差将大大小于原有的二十多度，温度应力随之降低，板面横缝间距可以加大，使道路更为平坦。4、空心道(路)面经济效益较大，新建一个一级机场，可节省人民币两仟多万，全国在机场、公路中推广，每年可节省数亿、十数亿元。为了进一步说明本专利技术的空心路面结构，参照附图并结合实施例进行具体描述。附图说明图1为本专利技术的空心路面结构实施例之一的透视图;图2为本专利技术的空心路面结构实施例之二的透视图;图3为图1所示的空心路成结构在交叉处的圆孔交接平面图。在图1-3中1、空心路面板 2、基层3、板底圆孔 4、板底圆锥形小孔洞实施例如图所示的板底有一排圆孔的空心道(路)面板，采用目前国内机型DC-8-63F的轮胎压力最大为1.38MPa，一只机轮重20吨，混凝土的E＝35000MPa，μ＝0.167;采用文格尔地基假设，取基层贫混凝土的回弹模量K为100MPa，设板厚为10cm，圆孔直径为3cm，圆孔净距为3cm和6cm两种情况，计算简图按平面形变(切1cm厚薄片)二维有限元分别计算了一个孔和五个孔两种情况，最后按三维有限元计算了一个孔，厚10cm，长50cm，孔净距为6cm，采用的程序是北京理工大学的三维有限元程序GAD，计算结果为(1)、在以上几种情况下，板中部板内最大的压应力为5MPa，发生在圆孔两侧。在板边增大三分之一，约为7.5MPa。(2)、圆孔净距为3cm时，孔顶最大拉应力为0.1MPa，最大主拉应力(弹性软科学范围)为0.11MPa，此时圆孔两侧最大压应力为4.5MPa，传给基础的垂直压应力最大为2.8MPa。(3)、圆孔净距为6cm时，孔顶最大拉应力为0.5MPa，最大主拉应力(弹性软科学范围)为0.7MPa，此时，圆孔两侧最大压应力为1.4MPa，传给基础的垂直压应力为1.4MPa。(4)、圆孔净距为6cm时，三维有限元计算荷载水平应力之合力(沿孔洞长度方向指向道面的纵缝)为34Kg，估计圆孔净距为3cm时，该合力为68Kg。(5)、在20T重的一只机轮作用下，圆孔净距为6cm时，轮迹压在五条圆孔上方，板底每条面积上的垂直压应力之合力为800Kg，五条面积的合力为4T;当圆孔净距为3cm时，估计传到基层的垂直压应力之合力为8T，最大的垂直压应力为3.5MPa。(6)、结论现场足尺实验方案如下板厚10cm，宽4米(即每个孔洞长4m)，长5m或10-30米，纵缝即施工缝(平缝)，横缝可切成宽0.3cm，深2cm的缝，供胀、缩使用。圆孔直径为3cm，净距为3cm，迂施工横缝时，缝离孔边距离为1-1.5cm，基层采用贫混凝土，其强度≥5MPa，其它不变。在道路交叉处(参见图3)，双方板底圆孔应垂直(正交)相交，并相互贯通，类似自来水管的“三通”。拔管方法可参考空心楼板的拔管技术。本专利技术的“空心道(路)面结构”是与日本、欧州的“多孔路面”有实质性的区别，国外的多孔路面板F层是无规则的蜂窝状，板厚未改变，受力状况未改变，多孔路面的目的在于排水和降低燥音。本专利技术成功的改变了板底拉应力过大的状况，同时可起到排水和降低燥音的作用。权利要求1.一种弹性地基上的空心路面结构，它主要由基层和面层构成，其特征在于所述面层是一种减薄了的混凝土面层板并在其板底部设置一排横穿面层板的圆孔。2.一种弹性地基上的空心路面结构，它主要由基层和面层构成，其特征在于在减薄了的混凝土面层板底部开设有纵横密布的圆锥形小孔洞。3.如权利要求1或2所述的路面结构，其特征在于所述基层为刚性基础。4.如权利要求1或2所述的路面结构，其特征在于所述基层为贫混凝土。5.如权利要求1所述的路面结构，其特征在于在路面交叉处，面层板底的圆孔互相交叉并贯通。6.一种弹性地基上的空心路面结构的施工方法，其步骤为1)、压实路基，铺筑基层;2)、装设模板，并在模板下部掏开一排圆孔，以便铺放圆管;或在模板范围内的基层表面放置密布的小圆锥壳体;3)、在轨道式摊铺机上装设双向液压拔管机具，并将其架设在作为轨道的模板上;4)、浇灌面层板混凝土;5)、在混凝土终凝前适当时间内拔出圆管。7.一种如权利要求1或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性地基上的空心路面结构，它主要由基层和面层构成，其特征在于所述面层是一种减薄了的混凝土面层板并在其板底部设置一排横穿面层板的圆孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚行厚，
申请(专利权)人：姚行厚，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]