【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及交通路基设施，特别涉及一种用于公路、机场场道的装配式钢筋混凝土道面板结构设计方法
技术介绍
1、装配式道面具有足够的强度和刚度、良好的气候稳定性、表面平整、表面抗滑、耐久性与可快速修复性等特点，因此受到国内外工程界越来越多的关注。装配式道面根据材料分类，可分以下四类：加筋混凝土道面、钢筋混凝土道面、预应力钢筋混凝土道面、超高性能混凝土道面。其中，钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土装配式道面具有强度高、承载能力大、施工快速方便等优点，在新建机场、紧急改扩建或抢修、抢建等各种情况下使用均具有一定优势，是最适宜在机场推广的装配式道面体系。
2、但是，目前国内机场刚性道面多为素混凝土或加筋混凝土，其设计方法均为素混凝土道面设计方法，并已写入相关的设计标准及规范，而关于钢筋混凝土道面和预应力钢筋混凝土刚性道面的设计方法仍为空白。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，以建立一套完整有效的装配式道面结构配筋设计方法，同时考虑温度、基础变形和疲劳效应的影响，为研究装配式道面板受力特征规律和机场装配式钢筋混凝土道面结构设计提供依据。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、本专利技术的一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，道面结构包括由下而上依次设置的土基、水泥稳定层和道面层，道面层由预制道面板拼装形成，预制道面板采用钢筋混凝土道面板或者预应力钢筋混凝土道面板，相邻预制道面板由道
4、s1、获取机场场道工程设计参数，包括机型参数和道面土工参数：
5、(1)机型参数：根据设计需求，确定所建机场需要设计的机型参数，包括主轮静荷载、胎压、轮胎接地面积；
6、(2)开展岩土力学试验道面土工参数，土基土工参数包括地基反应模量k和土基泊松比μt，水泥稳定层道面土工参数包括回弹模量ec、水泥稳定层泊松比μc和厚度；
7、s2、预制道面板初步设计，结合运输吊装能力、加工制造难度与成本综合性能参数与指标，对比分析拟定预制道面板尺寸和初步布置钢筋；
8、s3、建立道面结构单元有限元模型，包括：
9、(1)在小挠度弹性薄板基本假设的基础上，采用弹性板单元建立预制道面板单元模型；
10、(2)采用实体单元建立水泥稳定层模型；
11、(3)采用离散土弹簧建立土基模型；
12、(4)采用弹塑性杆系模型建立道面板连接件有限元模型；
13、(5)建立预制预制道面板板边约束，建模板块数为4×3块；
14、s4、预制道面板内力计算，确定最大弯矩md,max，即在步骤s3建立的所述道面结构单元有限元模型基础上，考虑不同的荷载组合输入，包括设计轮载、设计轮载+疲劳效应+温度梯度，获得相应荷载组合下的最大弯矩值，式中，m为条件系数，md1为最大设计弯矩，md2为最大温度挠曲弯矩md2；
15、s5、预制道面板承载能力检算，在步骤s4获得的相应荷载组合下的最大弯矩md,max值，按照现行gb50010混凝土结构设计规范进行预应力道面板的配筋设计，确定预应力筋和钢筋的种类、数量、分布；当不满足sd≤rd或wmax≤wd时，返回步骤s2，重新进行预制道面板配筋设计，式中，sd为弯矩作用设计值，rd为弯矩抗力设计值，wmax为裂缝计算值，wd为裂缝限定值；
16、s6、预制道面板配筋优化设计，基于影响面分析，预制道面板板边区域配筋采用加强设计，加强设计区域由影响面分析确定；
17、s7、吊装工况检算，在步骤s4建立的所述预制道面板单元模型上，根据专用工装吊具检算预制道面板的吊装应力水平，依据现行gb50666混凝土结构工程施工规范，将吊装时的重力放大系数取为1.5，其压应力小于混凝土抗压强度标准值，即满足吊装要求。
18、本专利技术的有益效果主要体现在如下方面：
19、一、建立了一套完整有效的装配式道面结构配筋设计方法，有效解决了机场装配式钢筋混凝土道面结构设计配筋问题，为研究装配式道面板受力特征和规律提供了依据；同时考虑温度、基础变形、疲劳效应的影响，填补了行业的空白；
20、二、设计方法简单且通用性强、计算结果准确。采用有限元分析与室内外试验相结合的方法，建立更符合道面结构实际受力状态的分析模型，计算过程简洁并全面、综合考虑了温度作用、自重、基础变形、相邻板之间的相互作用所产生的影响，能真实反映道面板实际受力状况，与现场试验比较偏差多10％左右；
21、三、提出了装配式道面板连接件的设计方法。采用有限元方法建立考虑接触的三维有限元模型，结合设有传力杆的混凝土道面板模型试验，分析接缝处水泥混凝土面板的应力、传力杆剪应力及传力杆与道面板的界面应力分布规律，为道面板接缝传力杆的设计、施工等提供参……
22、四、引入影响面计算方法，显著降低道面板整体的配筋量。不同布置形式、不同板边方向上起控制作用的机型不同，同一机型在不同布载位置上的荷载差异也较大，采用单边最大荷载进行设计显然是不经济的。采用影响面分析法，可显著降低整体的配筋量，道面板板边区域配筋需加强设计，加强设计区域由影响面分析确定。
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1.一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，道面结构包括由下而上依次设置的土基、水泥稳定层和道面层，道面层由预制道面板拼装形成，预制道面板采用钢筋混凝土道面板或者预应力钢筋混凝土道面板，相邻预制道面板由道面板连接件连接为一体，该道面结构的设计方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：所述相邻预制道面板通过焊其接道面板连接件形成连接，步骤S3中所述预制道面板连接件有限元模型采用空间弹塑性杆系有限元模型，相邻钢筋位置采用刚性连接模拟焊接，材料本构模型取为理想弹塑性模型，施加平动约束，以模拟预制道面板长边连接件、短边连接件分别在两向理想受剪及拉压工况下的力与位移曲线；采用多级位移加载，取1/2板缝位移下的割线刚度作为表征焊接连接件三向的等效弹性刚度，包括长边连接件、短边连接件的上下错动刚度、延边错动刚度和拉/压刚度。
3.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：所述预制道面板采用预应力钢筋混凝土道面板时，在步骤S3建立的预制道面板单元模型的对应节点上，建立桁架单元模拟预应力钢筋，预应
4.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：所述步骤S4中，最大设计弯矩Md1的确定引入影响面计算方法，绘制不同方向上对应各种机型最不利轮载位置的弯矩分布图，将不同机型、不同轮载位置的弯矩分布图进行叠加，完成最不利荷载的影响面分析，以荷载包络图作为设计和配筋的依据，得到最大设计弯矩Md1。
5.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：所述步骤S4中，最大温度挠曲弯矩Md2的确定是依据相关规范，最大温度梯度按公路水泥混凝土路面的自然区划选取，在弹性半空间和文克勒地基模型的基础上，依据威斯特卡德方法的假设条件检查与修正所建立模型，计算温度挠曲应力，得到最大温度挠曲弯矩Md2，具体条件如下：
6.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：步骤S4中所述条件系数m由下式计算确定：
...【技术特征摘要】
1.一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，道面结构包括由下而上依次设置的土基、水泥稳定层和道面层，道面层由预制道面板拼装形成，预制道面板采用钢筋混凝土道面板或者预应力钢筋混凝土道面板，相邻预制道面板由道面板连接件连接为一体，该道面结构的设计方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：所述相邻预制道面板通过焊其接道面板连接件形成连接，步骤s3中所述预制道面板连接件有限元模型采用空间弹塑性杆系有限元模型，相邻钢筋位置采用刚性连接模拟焊接，材料本构模型取为理想弹塑性模型，施加平动约束，以模拟预制道面板长边连接件、短边连接件分别在两向理想受剪及拉压工况下的力与位移曲线；采用多级位移加载，取1/2板缝位移下的割线刚度作为表征焊接连接件三向的等效弹性刚度，包括长边连接件、短边连接件的上下错动刚度、延边错动刚度和拉/压刚度。
3.如权利要求1所述一种机场装配式钢筋混凝土道面结构设计方法，其特征是：所述预制道面板采用预应力钢筋混凝土道面板时，在步骤s3建立的预制道面板单元模型的对应节点上，建立桁架单元模拟预应力...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢毅，扈森，郭海强，李炼，罗庆，闵卫鲸，高柏松，徐骏，封志军，谯礼，王智方，杨泉，杨淑梅，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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