田志偉 賈立夫 于兵杰 賈艷敏

摘要：為研究裝配式道路基層結(jié)構(gòu)接縫的傳荷性能及影響參數(shù)，該研究設(shè)計裝配式基層靜力加載試驗，分析試驗結(jié)構(gòu)在不同等級荷載作用下裝配式基層接縫的傳荷性能，建立三維有限元模型，并對試驗結(jié)果進(jìn)行驗證。在有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果驗證基礎(chǔ)上，使用有限元分析法對裝配式基層傳荷性能進(jìn)行影響參數(shù)分析。研究2種加載工況下，預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級、灌漿料彈性模量以及荷載等級對行車方向傳荷性能的影響。結(jié)果表明，預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級比灌漿料強(qiáng)度等級對傳荷性能的影響更大；雙點加載傳荷性能比單點加載傳荷性能更好；裝配式基層接縫灌漿料彈性模量從32 500 MPa下降到22 500 MPa，會增大接縫的應(yīng)變，降低預(yù)制板之間傳荷性能。隨著荷載增加，裝配式基層接縫傳荷性能下降，接縫應(yīng)變和接縫彎沉均增大，需嚴(yán)格控制超載情況。

關(guān)鍵詞：道路工程；裝配式基層；接縫應(yīng)變；傳荷性能；數(shù)值模擬

中圖分類號：U416文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8023（2023）02-0165-11

Analysis of Load Transfer Performance and Influencing Parameters

of Seams of Prefabricated Road Base Structure

TIAN Zhiwei1， JIA Lifu2*， YU Bingjie1， JIA Yanmin1*

（1.School of Civil Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China；

2.NEFU Engineering Consuslting&Design Institute Co.， LID， Harbin 150040， China）

Abstract：In order to study the load transfer performance and influencing parameters of the seams of the prefabricated road base， the static loading test of the prefabricated base was designed. The load transfer performance of the prefabricated base seams of the test structure under the action of different load levels was analyzed， and a three-dimensional finite element model was established to verify the test results. Based on the finite element analysis results and the experimental results， the finite element analysis method was used to analyze the influencing parameters of the load transfer performance of the prefabricated base. The effects of precast panel concrete strength grade， grouting material elastic modulus， and load grade on the load transfer performance in the driving direction were studied under two loading conditions. The results showed that the precast panel concrete strength grade had a greater influence on the load transfer performance than the grouting material strength grade; the load transfer performance of double-point loading was better than that of single-point loading. The elastic modulus of the prefabricated base seam grouting material decreased from 32 500 MPa to 22 500 MPa， which would increase the strain of the seam and reduce the load transfer performance between the precast panels. As the load increased， the load transfer performance of the seams of the prefabricated base layer decreased， the seam strain and seam deflection increased， and the overload situation needed to be strictly controlled.

Keywords：Road engineering; prefabricated base; seam strain; load transfer performance; numerical simulation

收稿日期：2022-06-02

基金項目：黑龍江省自然基金資助項目（E2017003）;中冶京城工程技術(shù)有限公司科研項目資助（01-20090231-287-304369）

第一作者簡介：田志偉，碩士研究生。研究方向為橋梁工程。Email： 14507022@qq.com

通信作者：賈艷敏，博士，教授。研究方向為橋梁工程。Email： 1450702286@qq.com;賈立夫，碩士，工程師。研究方向為道路與橋梁。Email： jialifuo@126.com。

引文格式：田志偉，賈立夫，于兵杰，等.裝配式道路基層結(jié)構(gòu)接縫傳荷性能及影響參數(shù)分析[J].森林工程，2023，39（2）：165-175.

TIAN Z W， JIA L F， YU B J， et al. Analysis of load transfer performance and influencing parameters of seams of prefabricated road base structure[J]. Forest Engineering， 2023， 39（2）：165-175.

0引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市道路交通愈發(fā)擁擠，對道路維修速度和質(zhì)量提出了很高的要求。傳統(tǒng)現(xiàn)澆道路不僅建造維修質(zhì)量和效率受環(huán)境影響大，而且施工會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，使得道路運(yùn)輸效率大大降低，增加了城市道路的運(yùn)輸壓力[1]。預(yù)制混凝土路面具有高質(zhì)量、快速建造和易于維護(hù)等特點。當(dāng)快速、耐用的路面施工和維修需求出現(xiàn)時，裝配式基層技術(shù)也得以隨之發(fā)展[2]。裝配式基層預(yù)制板由工廠澆筑完成，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝和連接，是一種替代傳統(tǒng)現(xiàn)澆基層的新型道路基層結(jié)構(gòu)[3]。

國內(nèi)外科研人員對此展開了一些研究，國外研究主要集中在預(yù)制路面，Vaitkus等[4]對預(yù)制混凝土路面紋理進(jìn)行了定義分析；Syed等[5-6]討論了不同類型PCP對于不同環(huán)境條件的適用性以及創(chuàng)新發(fā)展和未來應(yīng)用范圍，并研究了新型預(yù)應(yīng)力預(yù)制路面板；Tayabji等[7]研究了預(yù)制混凝土路面施工技術(shù)，表明預(yù)制路面板有巨大的修復(fù)和再建造的潛力；Novak等[8]研究了預(yù)制混凝土路面系統(tǒng)開發(fā)。國內(nèi)裝配式基層研究現(xiàn)狀，孫建誠等[9]使用ABAQUS軟件模擬分析裝配式基層在靜/動載作用下的受力特性；馬健生等[10]分析研究了裝配式道路基層結(jié)構(gòu)填縫材料配比設(shè)計及性能；蔣帥等[11]使用ABAQUS有限元軟件對裝配式基層接縫進(jìn)行應(yīng)力分析；石爽爽[12]對裝配式基層調(diào)平材料進(jìn)行了材料試驗分析。國內(nèi)外對于裝配式基層的研究大多處于有限元模擬層面或者裝配式基層材料相關(guān)試驗，鮮有相關(guān)試驗作為實際支撐來研究裝配式道路基層結(jié)構(gòu)受力特性。

裝配式基層有廣泛應(yīng)用場景，接縫傳荷能力對裝配式基層的整體性和耐久性至關(guān)重要。故學(xué)習(xí)前者研究經(jīng)驗和成果設(shè)計裝配式基層靜力加載試驗和有限元模型的方式，研究單、雙點加載下裝配式基層接縫傳荷性能及影響參數(shù)。

1裝配式基層結(jié)構(gòu)靜力加載試驗

國內(nèi)對于裝配式道路基層結(jié)構(gòu)運(yùn)用較少，具有代表性的有沈陽市陵園路工程道路項目，從預(yù)制板運(yùn)輸進(jìn)場到完成全部基層作業(yè)僅用8 d，如圖1所示。長春市經(jīng)開南區(qū)汽車專用園區(qū)道路項目預(yù)制板鋪設(shè)如圖2所示。裝配式道路基層結(jié)構(gòu)工藝步驟如下：預(yù)制板在工廠進(jìn)行澆筑養(yǎng)生，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，使用機(jī)械整齊鋪設(shè)預(yù)制板，接縫處使用灌漿料填封，最后進(jìn)行封面。工程實踐表明裝配式道路基層結(jié)構(gòu)整體性比二灰碎石基層更好，基層板與灌漿料之間有較好的黏結(jié)性[13]。

1.1試驗結(jié)構(gòu)

綜合考慮試驗場所、試驗規(guī)模以及反力架尺寸等各種條件的限制，根據(jù)文獻(xiàn)[14]，本次裝配式基層靜力加載試驗采用縮尺結(jié)構(gòu)模型，將幾何縮尺比相似系數(shù)定為1∶3，材料性能相似比為1∶1[15]。裝配式基層拼裝總長度為3 070 mm，寬度為2 080 mm，厚度100 mm。單塊預(yù)制板的長度為990～1 010 mm，寬度為690～720 mm。預(yù)制板與板之間采用斜企口方式嵌擠，接縫使用灌漿料進(jìn)行聯(lián)結(jié)。預(yù)制板下有2 cm厚的砂墊層起調(diào)平作用，砂墊層下為30 cm厚土基層。試驗結(jié)構(gòu)底部及其四周由1個2 cm厚的鋼框約束，模擬真實路基兩側(cè)以限制其側(cè)向位移。裝配式基層剖面圖及俯視圖如圖3和圖 4所示。

1.2試驗過程

1.2.1試驗準(zhǔn)備工作

汽車輪胎荷載作用于路面有靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力2種方式，標(biāo)準(zhǔn)軸載規(guī)定為BZZ-100 [16]。根據(jù)文獻(xiàn)面荷載設(shè)置為1∶1[17]。汽車靜止?fàn)顟B(tài)下輪胎壓力值為0.4～0.7 MPa，而汽車在行駛過程中輪胎內(nèi)因高速摩擦產(chǎn)生氣壓，輪胎對道路路面的壓力增加至0.9～1.1 MPa。

假設(shè)車輪荷載傳至路面是均布荷載，接觸的壓力與車輪和道路接觸面積大小有關(guān)。為了更好地測得預(yù)制板應(yīng)變數(shù)據(jù)，試驗結(jié)構(gòu)未設(shè)置瀝青路面層，因此，根據(jù)圣維南原理，假設(shè)路面車輪荷載向下45°方向擴(kuò)散傳遞，將車輪縮尺后等效為18 cm×16 cm的矩形[18-19]。裝配式基層預(yù)制板采用C20混凝土制作，不設(shè)置鋼筋。灌漿料滿足施工現(xiàn)場連接預(yù)制板所需性能指標(biāo)。灌漿料性能指標(biāo)見表1。

試驗測得黏性土含水率與干密度關(guān)系如圖5所示，圖5中極大值點對應(yīng)黏性土最佳含水率和最大干密度，最佳含水率為13.82%，最大干密度為1.94 g/cm3。環(huán)刀法測得黏性土的密實度為95.3%。滿足土基層壓實度90%以上要求[14]。土基回彈模量試驗土的彈性模量為50 MPa。裝配式基層試驗如圖6所示。

1.2.2試驗儀器布置

試驗預(yù)制板接縫表面采用表貼式應(yīng)變片，預(yù)制板邊緣內(nèi)部預(yù)埋混凝土應(yīng)變計。埋入式應(yīng)變計尺寸相對預(yù)制板尺寸不可忽略，故將應(yīng)變計設(shè)置在離預(yù)制板斜企口短邊2 cm處，測量預(yù)制板板邊內(nèi)部應(yīng)變。應(yīng)變計和應(yīng)變片的布置位置如圖7所示。

1.2.3加載工況

將縮尺后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行千斤頂靜力加載試驗，加載裝置由墊塊、分配梁、千斤頂、傳感器和反力架組成，加載點旁設(shè)置位移計，以記錄加載點彎沉。試驗采用量程為100 kN的壓力傳感器作為荷載施加的度量儀器，采用手動加載方式分5級靜力加載，每級荷載加載完畢3 min后再開始記錄試驗數(shù)據(jù)。試驗設(shè)置單點和雙點共2個加載工況，加載點布置如圖 8所示。

2結(jié)果與分析

2.1應(yīng)變計結(jié)果分析

埋入式應(yīng)變計試驗結(jié)果如圖9所示。為簡便描述，現(xiàn)將行車方向規(guī)定為X方向，垂直于行車方向規(guī)定為Y方向。

工況1中當(dāng)單點加載點在5號板正中間時，其X、Y方向接縫應(yīng)變均為負(fù)值，證明5號板接縫X、Y方向均處于受壓狀態(tài)，X、Y方向應(yīng)變大小隨著荷載增大而增大，傳荷性能隨著荷載逐漸增大而逐漸減小，X方向傳荷性能由72.08%逐漸降低至54.89%，Y方向傳荷性能由83.05%逐漸降低至34.57%。

工況2中當(dāng)5號板進(jìn)行雙點加載時，X、Y方向的應(yīng)變增長速率近似相等，雙點加載時加載點離接縫較近，同時使得預(yù)制板之間有更好的傳遞效率，這說明車輪軸載同時由多板承擔(dān)，傳荷性能會提高。X方向傳荷性能由79.81%降低至65.12%，Y方向傳荷性能由79.53%降低至60.99%。單點和雙點加載作用下接縫傳荷性能都隨著荷載增大而下降，雙點加載相比單點加載傳荷性能下降幅度更低，因此，盡可能地讓多塊預(yù)制板承擔(dān)荷載會增強(qiáng)裝配式基層的傳荷性能，增強(qiáng)裝配式基層結(jié)構(gòu)的整體性，應(yīng)盡量避免發(fā)生超載情況。

裝配式基層在0.7 MPa單點加載下應(yīng)變變化平穩(wěn)，具有良好的性能，預(yù)制板與板之間連接完好，基層具有很好的整體性。當(dāng)荷載達(dá)到0.70～1.40 MPa時，預(yù)制板接縫的應(yīng)變繼續(xù)增大，傳荷性能有所下降。荷載超過1.40 MPa以后預(yù)制板接縫應(yīng)變增幅突然增大，傳荷性能明顯下降。隨著荷載的繼續(xù)增加，預(yù)制板接縫應(yīng)變增加幅度顯著增大。因此應(yīng)限制預(yù)制板接縫數(shù)量和超載情況，來保證路面平整度和結(jié)構(gòu)整體性。試驗研究發(fā)現(xiàn)，5號板受到荷載作用時，圖7（a）中的1 757和7 668應(yīng)變計數(shù)值很小，可忽略不計，說明荷載由5號板傳遞至2、4、6、8號塊預(yù)制板，而這4塊預(yù)制板沒有將荷載傳遞給1、3、7、9號預(yù)制板，說明預(yù)制板受到荷載作用時，只把荷載傳遞給了相鄰預(yù)制板。

2.2應(yīng)變片結(jié)果分析

荷載試驗X、Y方向接縫應(yīng)變結(jié)果如圖10所示。

單點加載和雙點加載在相同荷載條件下，接縫應(yīng)變增長趨勢大致相同，接縫應(yīng)變均隨荷載增大而增大，接縫傳荷性能隨著荷載增大而逐漸降低。工況2 X方向最大應(yīng)變比工況1 X方向最大應(yīng)變大13.33%，Y方向最大應(yīng)變則比工況1最大應(yīng)變小39.48%，工況2 X、Y方向應(yīng)變峰值差值更小，說明工況2在多點荷載作用下，接縫整體受力性能更好，傳荷性能得到提高，荷載能更好地由5號板傳至其他板。通過應(yīng)變片結(jié)果發(fā)現(xiàn)5號板受到荷載作用時，圖7中的62AX、92AX和34AX等應(yīng)變片數(shù)值很小，說明荷載由5號板傳遞至2、4、6、8號塊預(yù)制板，而這4塊預(yù)制板沒有將荷載傳遞給1、3、7、9號預(yù)制板，說明預(yù)制板受到荷載作用時，只把荷載傳遞給了相鄰預(yù)制板。這與應(yīng)變計結(jié)果相吻合。因此設(shè)計預(yù)制板尺寸時應(yīng)盡可能將多塊預(yù)制板同時承擔(dān)車載，避免單板受力過重導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

3有限元模擬

3.1有限元模型建立與參數(shù)選取

1）各層結(jié)構(gòu)為連續(xù)、均勻、各向同性的線彈性體。模型采用C3D8R單元（8節(jié)點六面體線性縮減積分單元）[20]。工況1和工況2均為0.7 MPa。

2）為簡便運(yùn)算，模型不設(shè)置砂墊層。路面結(jié)構(gòu)自上而下設(shè)定為10 cm厚C20基層預(yù)制板+灌漿料+30 cm厚壓實土基層，模型結(jié)構(gòu)尺寸與圖3和圖4一致，加載點位置與圖7和圖8一致。

3）裝配式基層與灌漿料使用黏結(jié)功能模擬，基層以下等效為Winkler地基。土層與預(yù)制板之間橫向摩擦系數(shù)（μ）設(shè)置為0.7，縱向設(shè)置為硬接觸[21]。在黏結(jié)參數(shù)中橫向摩擦系數(shù)（μ）設(shè)置為0.7，縱向設(shè)置為硬接觸，鋼模底部設(shè)置三相固結(jié)，鋼模四周不設(shè)置約束。在加載面上設(shè)置參考點RP-1，將參考點與加載面耦合，有限元模型如圖11所示。

4）將5號板中間劃分區(qū)域，使其劃分的網(wǎng)格更加規(guī)整并增大模擬計算精確度?；鶎雍凸酀{料網(wǎng)格大小為50 mm，土基層與鋼模網(wǎng)格大小為100 mm。為使結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分規(guī)則增加計算精確度，將5號板中設(shè)置參考面，并將參考面向四板邊延伸，以此使網(wǎng)格劃分形狀規(guī)則，大小一致。有限元模型網(wǎng)格如圖12所示。結(jié)構(gòu)設(shè)置所取參數(shù)見表2。

因預(yù)制預(yù)制板與板之間和鋼模與預(yù)制板之間均由灌漿料進(jìn)行黏結(jié)，但是其連接企口形狀不同，依據(jù)文獻(xiàn)黏結(jié)參數(shù)見表 3[22-23]。

3.2有限元計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比

有限元模型模擬驗證結(jié)果如圖13和圖14所示，有限元模擬與試驗同一點應(yīng)變結(jié)果對比，有限元模擬應(yīng)變與試驗結(jié)果誤差在15%以內(nèi)。

3.3接縫應(yīng)變分析

有限元模型與試驗結(jié)果驗證后進(jìn)行影響參數(shù)分析。為研究基層混凝土等級對接縫傳荷性能以及灌漿料混凝土等級對接縫傳荷性能的影響，基層混凝土強(qiáng)度選取3種等級C20、C25、C30，灌漿料25 500、28 000、30 000、31 500、32 500 MPa 5種彈性模量進(jìn)行有限元模擬計算，模擬計算結(jié)果如圖15所示，圖15中C20—C30表示預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級。

由圖15可知，工況1中預(yù)制板混凝土強(qiáng)度和灌漿料彈性模量一定時，隨著荷載增大，裝配式基層接縫應(yīng)變逐漸增大。荷載由0.7 MPa分別增大到1.1 MPa和1.4 MPa，當(dāng)預(yù)制板強(qiáng)度等級為C20時，接縫平均應(yīng)變從28.76×10-6分別增大到49.21×10-6和69.70×10-6，漲幅為71.11%和142.36%；當(dāng)預(yù)制板強(qiáng)度等級為C25時，接縫平均應(yīng)變從24.67×10-6分別增大到42.54×10-6和64.09×10-6，漲幅為72.44%和159.79%；當(dāng)預(yù)制板強(qiáng)度等級為C30時，接縫平均應(yīng)變從22.43×10-6分別增大到38.35×10-6和53.13×10-6，漲幅為73.21%和136.88%。

工況2中荷載由0.7 MPa分別增大到1.1 MPa和1.4 MPa，當(dāng)預(yù)制板強(qiáng)度等級為C20時，接縫平均應(yīng)變從38.14×10-6分別增大到61.28×10-6和92.34×10-6，漲幅為60.68%和142.11%；當(dāng)預(yù)制板強(qiáng)度等級為C25時，接縫平均應(yīng)變從27.13×10-6分別增大到51.83×10-6和74.98×10-6，漲幅為91.04%和176.38%；當(dāng)預(yù)制板強(qiáng)度等級為C30時，接縫平均應(yīng)變從24.37×10-6分別增大到47.53×10-6和68.42×10-6，漲幅為95.04%和180.76%。對比工況1，相同荷載等級下，工況2接縫應(yīng)變更大且受荷載影響更大。說明超載會使裝配式基層接縫應(yīng)變增大，使接縫處于不利地位，增大接縫工作負(fù)擔(dān)。荷載等級和灌漿料彈性模量一定時，增大預(yù)制板混凝土強(qiáng)度有助于降低接縫應(yīng)變。預(yù)制板混凝土強(qiáng)度和荷載等級一定時，改變灌漿料彈性模量對接縫應(yīng)變影響不大。影響接縫處應(yīng)變因素由強(qiáng)到底依次為：荷載等級、預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級、灌漿料彈性模量。

3.4接縫彎沉分析

裝配式基層有限元模擬中影響參數(shù)與接縫應(yīng)變分析相同，取受荷側(cè)接縫彎沉值，結(jié)果如圖16所示，圖16中標(biāo)識C20—C30代表預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級，22 500至31 500表示灌漿料彈性模量。

由圖16可知，2種工況隨著荷載等級增大，接縫彎沉增大。荷載等級一定時，接縫彎沉均隨著灌漿料彈性模量和預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級提高而減小。工況1在3種荷載等級下最大彎沉值分別為0.188 7、0.287 1、0.377 8 mm。工況2在3種荷載等級下最大彎沉值分別為0.285 8、0.419 8、0.558 8 mm。說明雙點加載作用下，接縫彎沉值更大。

3.5接縫傳荷性能分析

裝配式基層有限元模擬中影響參數(shù)與接縫應(yīng)變分析相同，結(jié)果如圖17和圖18所示，圖17和圖18中標(biāo)識中C20—C30代表預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級。

由圖17可知，當(dāng)荷載以及預(yù)制板強(qiáng)度等級一定時，隨著灌漿料彈性模量的提高，行車方向傳荷性能逐漸降低。荷載為0.7 MPa時，C20預(yù)制板傳荷性能從98.67%逐漸降低至97.25%；C25預(yù)制板傳荷性能從96.38%逐步降低至94.88%；C30預(yù)制板傳荷性能從93.90%降低至92.06%。荷載為1.1 MPa和1.4 MPa時，行車方向傳荷性能均有不同程度的降低，這說明并不是彈性模量越高的灌漿料和強(qiáng)度等級越高的預(yù)制板傳荷性能就越好。荷載一定，隨著灌漿料彈性模量和預(yù)制板強(qiáng)度等級的提高，接縫應(yīng)變逐步減小，這說明高強(qiáng)度的灌漿料和預(yù)制板可以使結(jié)構(gòu)接縫抗破壞的能力提高。當(dāng)荷載為0.7 MPa時，雙點加載情況下，隨著預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級和灌漿料彈性模量的提高，接縫傳荷性能由99.61%逐漸降低至94.41%；當(dāng)荷載為1.1 MPa時，隨著預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級和灌漿料彈性模量的提高，接縫傳荷性能由99.12%逐漸降低至92.03%；當(dāng)荷載為1.4 MPa時，隨著預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級和灌漿料彈性模量的提高，接縫傳荷性能由98.94%逐漸降低至86.31%。荷載等級一定時，灌漿料彈性模量和預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級的提高均會降低接縫傳荷性能。

由圖18可知，預(yù)制板強(qiáng)度和灌漿料彈性模量一定時，接縫傳荷性能隨著行車荷載的增大而逐漸降低，這說明超載會降低接縫傳荷性能，并且增大接縫應(yīng)變。裝配式基層道路在長期超載作用下，接縫結(jié)構(gòu)發(fā)生較大形變從而導(dǎo)致接縫發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，裝配式道路基層結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)格控制超載情況。2種工況預(yù)制板強(qiáng)度和灌漿料彈性模量一定時，接縫傳荷性能也隨著行車荷載的增大而逐漸降低，超載會降低裝配式基層接縫傳荷性能，并且增大接縫應(yīng)變和接縫彎沉。裝配式基層道路在長期超載作用下，接縫結(jié)構(gòu)發(fā)生較大形變從而導(dǎo)致接縫發(fā)生剪切破壞，裝配式道路基層結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)格控制超載情況。工況2整體傳荷性能更好，且傳荷性能受荷載等級影響更小，證明多點加載可以使受荷板更好地將荷載傳遞給其他預(yù)制板。

3.6有限元模擬參數(shù)分析

由3.3至3.5小節(jié)可知，在荷載等級和灌漿料彈性模量相同情況下，雙點加載工況C20預(yù)制板接縫的應(yīng)變值和彎沉值較大，2種工況中C30預(yù)制板傳荷性能較低，故分別對C20預(yù)制板接縫應(yīng)變彎沉值和C30預(yù)制板接縫傳荷性能使用曲面二元二次函數(shù)進(jìn)行擬合分析。曲面擬合圖如圖19和圖20所示。曲面擬合方程分別編號為1、2、3、4，X自變量為荷載，Y自變量為灌漿料彈性模量，Z因變量為接縫應(yīng)變、接縫彎沉和傳荷性能，為簡便擬合將灌漿料彈性模量單位設(shè)置為GPa，曲面擬合方程見表4。

由圖19可知，隨著荷載等級逐漸增大，接縫應(yīng)變也隨之增大。而隨著灌漿料彈性模量逐步提高，接縫應(yīng)變下降趨勢不明顯。同理，隨著荷載等級逐漸增大，接縫彎沉也隨之增大。而隨著灌漿料彈性模量逐步提高，接縫彎沉下降趨勢不明顯。

由圖20可知，隨著荷載等級逐漸增大，接縫傳荷性能逐漸降低。而隨著灌漿料彈性模量逐步提高，接縫應(yīng)變下降趨勢不明顯。同理，隨著荷載等級逐漸增大，接縫傳荷性能逐漸降低。而隨著灌漿料彈性模量逐步提高，接縫傳荷性能下降趨勢不明顯。

由表4可知，曲面擬合方程系數(shù)R2數(shù)值均大于0.98，說明接縫的應(yīng)變、彎沉和傳荷性能都與荷載、灌漿料彈性模量能夠很好地滿足二元二次多項式的關(guān)系。

4結(jié)論

1）預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級對傳荷性能影響更大，增大預(yù)制板混凝土強(qiáng)度等級更能減小接縫應(yīng)變，增大接縫受力性能，增強(qiáng)裝配式基層的結(jié)構(gòu)整體性。接縫傳荷性能影響因素由大到小分別為荷載等級、預(yù)制板混凝土強(qiáng)度和灌漿料彈性模量。

2）超載作用下，接縫傳荷性能降低，且接縫應(yīng)變和接縫彎沉增大，接縫容易發(fā)生應(yīng)力集中和不均勻沉降，導(dǎo)致剪切破壞，應(yīng)嚴(yán)格控制超載情況發(fā)生。

3）雙點加載傳荷性能比單點加載傳荷性能受荷載影響小，因此在設(shè)計實際裝配式基層道路時，裝配式基層板尺寸不宜過大，避免造成單板單獨承受汽車荷載，應(yīng)使汽車荷載同時作用在2～4塊預(yù)制板上。

4）有限元軟件ABAQUS計算得到的應(yīng)變彎沉數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)相吻合，表明接觸表面引用內(nèi)聚力模型可以很好地反映實際試驗結(jié)果，驗證有限元的可行性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王旭航，王旭凱.市政道路建設(shè)過程中的環(huán)境保護(hù)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40（3）：69-70.

WANG X H， WANG X K. On environmental protection in the process of municipal road construction[J]. Environment and Sustainable Development， 2015， 40（3）： 69-70.

[2]FANG M J， ZHOU R， KE W H， et al. Precast system and assembly connection of cement concrete slabs for road pavement： a review[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering （English Edition）， 2022， 9（2）： 208-222.

[3]VAITKUS A， KLEIZIENE R， VOROBJOVAS V， et al. Mixture strength class and slab dimensions' effect on the precast concrete pavement structural performance[J]. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering， 2019， 14（3）： 443-471.

[4]VAITKUS A， ANDRIEJAUSKAS T， SERNAS O， et al. Definition of concrete and composite precast concrete pavements texture[J]. Transport， 2019， 34（3）： 404-414.

[5]SYED A， SONPAROTE R. A review of precast concrete pavement technology[J]. Baltic Journal of Road & Bridge Engineering， 2020， 15（4）： 23-53.

[6]SYED A， SONPAROTE R S. Analysis of prestressed precast concrete pavement[J]. Materials Today： Proceedings， 2017， 4（9）： 9713-9717.

[7]TAYABJI S， TYSON S. Precast concrete pavement implementation[J]. Concrete International， 2017， 39（4）： 41-46.

[8]NOVAK J， KOHOUTKOVA A， KRISTEK V， et al. Precast concrete pavement-systems and performance review[C]// IOP Conference Series： Materials Science and Engineering. IOP Publishing， 2017， 236（1）： 012030.

[9]孫建誠，鮑克端.瀝青混凝土路面裝配式基層連接方式力學(xué)特性[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2020，46（1）：139-143.

SUN J C， BAO K D. Mechanical characteristics of assembled base connection modes of asphalt concrete pavement[J]. Journal of Lanzhou University of Technology， 2020， 46（1）： 139-143.

[10]馬健生，孫大偉，余地，等.裝配式道路基層結(jié)構(gòu)填縫材料配比設(shè)計及性能分析[J].公路，2017，62（10）：17-21.

MA J S， SUN D W， YU D， et al. Proportion design and performance analysis of joint filling materials for assembled road base structure[J]. Highway， 2017， 62（10）： 17-21.

[11]蔣帥， 陳明， 肖杰， 等. 裝配式基層道路結(jié)構(gòu)接縫荷載應(yīng)力分析[J]. 公路工程， 2019， 44（3）： 240-245.

JIANG S， CHEN M， XIAO J， et al. Analysis of loading stresses in joints of assembly base pavement structure[J]. Highway Engineering， 2019， 44（3）： 240-245.

[12]石爽爽.改性橡膠粉砂漿用于裝配式水泥混凝土路面基層調(diào)平材料的試驗研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2019：17-21.

SHI S S. Experimental study on modified rubber powder mortar as leveling materials in assembled cement concrete pavement[D]. Wuhan： Hubei University of Technology， 2019.

[13]姚濤.砌塊基層結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程應(yīng)用[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

YAO T. Design and engineering application of block base structure[D]. Changchun： Jilin University， 2016.

[14]吉林省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，吉林省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.裝配式路面基層工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：DB22/T 5006—2018[S].長春：吉林人民出版社，2018：45-50.

Department of Housing and Urban-Rural Development of Jilin Province， Bureau of Quality and Technical Supervision of Jilin Province. Technical standard for precast pavement base engineering： DB22/T 5006-2018[S]. Changchun： Jilin People's Publishing House， 2018： 45-50.

[15]蘇志翔，李淑明，吳小虎.MMLS3加速加載試驗?zāi)Ｐ吐访娼Y(jié)構(gòu)相似性設(shè)計[J].長沙理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，11（1）：16-23.

SU Z X， LI S M， WU X H. Design of model pavement structure under the MMLS3 load by similarity theory[J]. Journal of Changsha University of Science & Technology （Natural Science）， 2014， 11（1）： 16-23.

[16]黃曉明.路基路面工程[M].5版.北京：人民交通出版社，2017.

HUANG X M. Road subgrade and pavement engineering[M]. 5th ed. Beijing： China Communications Press， 2017.

[17]楊俊杰.相似理論與結(jié)構(gòu)模型試驗[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2005.

YANG J J. Similarity theory and structural model test[M]. Wuhan： Wuhan University of Technology Press， 2005.

[18]孫建誠，鮑克端.瀝青混凝土路面裝配式基層結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，38（10）：50-55.

SUN J C， BAO K D. Mechanical properties of asphalt concrete pavement assembly type base structure[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University （Natural Science）， 2019， 38（10）： 50-55.

[19]李志鋒，何湘峰，趙旭東，等.裝配式鋼-UHPC輕型組合梁設(shè)計和整體受力分析[J].公路工程，2021，46（1）：98-102.

LI Z F， HE X F， ZHAO X D， et al. Design and integral force analysis of assembled steel-UHPC lightweight composite girder[J]. Highway Engineering， 2021， 46（1）： 98-102.

[20]KIM K， MANG T A， GREENE J. Evaluation of structural behavior of precast prestressed concrete pavement with finite element analysis[J]. Transportation Research Record， 2016， 2590（1）： 84-93.

[21]朱曉雲(yún).層間接觸狀態(tài)對瀝青路面力學(xué)響應(yīng)的影響分析[D].石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2015.

ZHU X Y. Mechanical response of asphalt pavement with different contact state among interlayers[D]. Shijiazhuang： Shijiazhuang Tiedao University， 2015.

[22]陳芳芳.拱壩培厚加固新老壩體結(jié)合面工作性態(tài)研究[D].天津：天津大學(xué)，2014：50-55.

CHEN F F. Study on structural behavior of interface between fresh and old concrete for thickening project of arch dam[D]. Tianjin： Tianjin University， 2014.

[23]陳芳芳，武永新.新老混凝土結(jié)合面斷裂：接觸耦合分析[J].低溫建筑技術(shù)，2014，36（1）：108-111.

CHEN F F， WU Y X. The coupling analysis of fracture and contact for new-to-old concrete interface[J]. Low Temperature Architecture Technology， 2014， 36（1）： 108-111.