預應力混凝土路面的發(fā)展與研究

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1、簡介
    盡管預應力的原理被廣泛地應用于房屋、橋梁等結(jié)構(gòu)領域，但在道路上的應用卻很有限。眾所周知，混凝土的主要特性就是抗壓強度遠大于抗拉強度。預應力混凝土路面就是充分利用這一特性，事先在工作截面上施加壓應力，以提高它的抗彎拉強度，提高承受荷載能力。國外對預應力混凝土路面做了較多的研究，國內(nèi)尚未開展此項研究工作。
    由于預應力混凝土路面提高了截面的實際抗彎強度，因而在相同的荷載作用下，路面板的厚度比普通混凝土路面要薄，一般為10～15cm。如果再薄會使路面板產(chǎn)生過大的撓度，對路面板的耐久性和地基的穩(wěn)定性都不利，另外，也增大了施工難度。預應力使混凝土路面板長可大大增大，一般取90～120m，國外也有長達150～300m。
    2、發(fā)展過程
    預應力混凝土路面是二十世紀四十年代后期發(fā)展起來的一種特殊的水泥混凝土路面。最早是在法國使用，后來在英國和其它歐洲國家先后用于道路路面或機場道面上。美國、日本和前蘇聯(lián)等國家也都修建了一定數(shù)量的預應力混凝土路面和機場道面。
    據(jù)載世界上第一條預應力混凝土路面出現(xiàn)在法國的Luzancy的一座橋梁的引路上。但直到1947年，聞名于世的Orly跑道的建成才使預應力混凝土路面完全確立。當時，該跑道為了滿足現(xiàn)代飛行的需要而設置的。全長409.5m，由帶橫向鋼絲索和臺座的三角形面板組成。1953年，在同一地點，在連續(xù)的矩形板上采用了開口式千斤頂和橫向鋼絲索，其它工程諸如：在Luzancy和Esbly使用了斜向鋼絲索，而在長295.2m的Bourg-Servas路段上采用了開口式千斤頂和墩座的“連續(xù)型”板(即無膨脹縫、連續(xù)的混凝土板)。
    其中，一條試驗路是板邊薄于板中，其他都是平均約15cm厚的等截面。法國除在Bourg-Servas路上使用了5.18MPa的初始預應力外，對板所施加的縱向預應力在數(shù)量級上與其他國家都相同。法國工程師不贊成橫向施加預應力。
    英國是自1950年的Crawley道路才開始預應力混凝土路面研究的。該路主要是為了調(diào)查預應力混凝土在道路建設中的使用情況，在該路上對一些設計因素和施工方法(采用了Freysinnet型鋼絲索和錨具，24.6m長的鋼索在2.25m中心處形成了一個菱形圖案)進行了研究。其后又先后修建了倫敦機場的停機坪、Essex道路、Port TaLbot道路、Catwick停機坪等。
    英國的預應力混凝土路面板絕大多數(shù)都是“單獨型”的，即有鋼絲索和分隔的膨脹縫。因為它們認為，“單獨型”板要好于“連續(xù)型”。在英國，廣泛地使用15cm等厚板，除在倫敦機場上用的三角形板為16.25cm外。它曾使用的最大截面是25cm等厚板，而一塊采用開口式千斤頂?shù)陌鍏s為10cm厚。
    英國的縱向預應力一般為：1.575MPa(公路)，3.15MPa(機場)，1.925MPa(斜向鋼絲束)；橫向預應力一般少于0.35MPa，除三角形板外。
    在德國一些有關預應力板的早期分析工作要比其他國家早，但其理論應用只限于橋面板、樓板等，而不是路面板。在1953年才開始在Mergelstetten修筑預應力路面，其后又修筑了幾條道路。
    美國最早著名的Patuxent River Navae Air Station預應力道面是由Bureau of Yards and Docks于1953～1954年建的，這是一條長150m、寬3.6m、厚17.5cm的路面，縱向鋼索的初始預應力大約為4.9MPa。其后又修了許多試驗路，其中較近的就是1980年聞名的芝加歌O′Hare國際機場上所建的預應力混凝土罩面(240m長，45m寬，20～22.5cm厚的跑道)，這是美國首次將預應力混凝土用于商用機場道面。
    其他國家如比利時、奧地利等都于50年代左右起步，巴西也于1972～1978年在里約熱內(nèi)盧修了一條厚18cm、面積為552〖KG*4〗000m?2的預應力混凝土機場道面，在荷蘭、瑞士也都修了許多預應力道面，其中較近的如荷蘭在Schipol建的(1980～1987年)。
    3、預應力混凝土路面的優(yōu)缺點
    許多研究工作表明預應力混凝土路面有以下幾方面的優(yōu)勢：
    (1)路面板厚度只需傳統(tǒng)混凝土路面板厚的40%～60%，就能提供很高的承載力和較高的抗變形能力，對減薄機場道面的厚度非常有利。
    (2)預應力混凝土路面由于板較長，接縫數(shù)量可大大減少，改善了行車的平穩(wěn)性。
    (3)預應力的存在使路面板體性較強，邊角軟弱部分得以改善，大大減少了橫向開裂的可能性，提高了路面的耐久性。
    (4)預應力混凝土路面的用筋量少于除貧混凝土外其他路面。據(jù)國外研究指出，用于正常預應力設計所需的鋼筋量約為2.7125km/m2，這遠少于連續(xù)配筋路面(在一些情況下可達1/5的用量)。
    (5)從國外已建路面的使用狀況來看，預應力混凝土路面幾乎30年不需大修，養(yǎng)護需求也較少。對于較長使用年限的主要問題就是來自胎紋的磨耗，但預應力混凝土路面要比傳統(tǒng)混凝土路較來看，初期投資高，但養(yǎng)護面的磨耗要小。就其費用與傳統(tǒng)混凝土路面的比費用幾乎為零，并且減少了由于養(yǎng)護所延誤的時間等因素。