在水泥混凝土路面养护期间可实现立即通车的钢筋混凝土板桥系统开发
作者:Kang In Lee, Soon Ho Baek, Sang Jin Kim, Geon Lee, Seong-Min Kim
《Applied Sciences》:Development of Reinforced Concrete Slab Bridge System for Immediate Traffic Opening During Curing Period of Cement Concrete Pavement
Kang In Lee,
Soon Ho Baek,
Sang Jin Kim,
Geon Lee and
Seong-Min Kim
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时间:2026年04月28日
来源:Applied Sciences 2.5
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摘要:本文提出了一种临时交通桥系统(TTBS),旨在高流量城市地区进行现浇水泥混凝土路面施工时立即恢复交通通行。使用钢筋混凝土板制作的TTBS的基本行为(如应变、应力和挠度)通过数值分析和实验进行了验证。首先解释了TTBS的概念,并详细描述了其组成部分。随后,设计了一种采用钢筋混
摘要:本文提出了一种临时交通桥系统(TTBS),旨在高流量城市地区进行现浇水泥混凝土路面施工时立即恢复交通通行。使用钢筋混凝土板制作的TTBS的基本行为(如应变、应力和挠度)通过数值分析和实验进行了验证。首先解释了TTBS的概念,并详细描述了其组成部分。随后,设计了一种采用钢筋混凝土板的TTBS,并建立了相应的数值分析模型。利用该数值分析模型,研究了在重型车辆(如公交车)荷载作用于钢筋混凝土板内部、接头和边缘时的基本行为(如应力和挠度)。此外,还分析了TTBS板接头配置对行为特性的影响。研究证实,通过适当的剪力键设计可以确保TTBS的强度。这些剪力键无需在板接头处添加特殊元件,即可实现物理互锁,并便于板件的快速组装和拆卸。为了验证这些数值分析结果,制作了小尺寸的钢筋混凝土板并搭建了TTBS进行实验。实验结果与数值分析结果高度一致,从而验证了数值分析模型的准确性。本研究最终表明,TTBS可以有效将拥挤城市地区的现有沥青路面转化为更耐用的水泥混凝土路面,同时将交通管制对公众造成的不便降到最低。此外,采用钢筋混凝土板建造的TTBS在结构上也被证明是安全的,适用于现场应用。
1. 引言
韩国几乎所有城市道路都采用了沥青路面。由于城市交通量的快速增长,超出设计阶段预测荷载的路面段落日益增多。城市沥青路面的设计使用寿命通常为10至20年[1,2,3,4,5,6,7]。然而,由于公交车站和交叉口的频繁减速和加速导致车辙、裂缝和坑洞等严重损坏,实际使用寿命远远缩短[8,9,10,11]。这些反复的损坏不仅增加了维护成本,还带来了社会成本,包括维修期间的交通管制导致的物流延误、交通事故风险增加以及公众投诉增多[12,13,14,15]。相比之下,水泥混凝土路面被认为是沥青路面容易损坏路段的合适替代品,因为其设计使用寿命超过30年,且不会出现车辙或坑洞等问题[16,17,18,19]。因此,许多国家正在将水泥混凝土路面应用于沥青路面频繁损坏的区域[20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31]。在美国许多城市,水泥混凝土路面常用于公交车站区域,并积极应用于市中心的主要道路[24,25,26,27,28,29,30,31]。在日本,名古屋是水泥混凝土路面应用最广泛的城市之一,正在将其广泛应用于城市道路、交叉口和公交车站[32,33,34]。在新加坡,水泥混凝土路面仅应用于车辆等待交通信号灯的特定路段[35,36,37,38]。台湾也在公交车站和公交专用车道上使用水泥混凝土路面[39]。因此,将现有沥青路面的损坏部分转化为水泥混凝土路面可以提高城市路面的性能。然而,现浇水泥混凝土路面在固化期间不可避免地需要封闭道路,而预制混凝土路面和超快速硬化的水泥混凝土路面的广泛应用受限于较高的建造成本[40,41]。因此,需要开发一种能够在固化期间最小化交通中断的同时降低建造成本的技术。
与此同时,在城市地区进行地下交通设施(如地铁、地下管线和新地下道路)建设时,会安装各种材料和结构元素的临时结构(如甲板或临时桥梁)来替代现有道路的功能[42,43,44,45,46,47]。这些临时结构通过保持上层道路通行来维持有限的市政空间内的交通功能,并在施工期间保护下层工作区域[42,43,44,45,46,47]。研究团队认为,将此类临时结构的结构原理应用于现浇水泥混凝土路面施工,可以实现早期恢复交通通行的同时保护底层路面的固化过程。据此,我们提出了临时保护混凝土路面(TPCP)方法的概念,该方法利用临时结构的结构原理,在最小化对现有道路交通流影响的同时实现现浇水泥混凝土路面的应用[48]。TPCP方法包括一种临时交通桥系统(TTBS),可在水泥混凝土路面固化期间对其进行保护。因此,有必要评估TTBS的行为和结构安全性,并审查交通板接头的设计及荷载传递特性。本研究的目标是提出一种在现浇水泥混凝土路面固化期间立即恢复交通通行的TTBS概念,分析由钢筋混凝土板构成的TTBS的结构行为,并通过实验验证其结构安全性。研究主要考虑了板上的荷载位置、板接头配置以及剪力键的突出高度等因素。基于这些因素,通过数值分析和小规模实验系统研究了TTBS板件的应变、应力、挠度和荷载传递特性。为实现这些目标,首先建立了TTBS的概念和组成部分,并使用钢筋混凝土板设计了TTBS。然后通过数值分析了TTBS板的基本行为,并分析了板间接头形状对荷载传递特性的影响。为了验证数值分析结果的准确性,制作了小型钢筋混凝土板并进行了实验。本文详细阐述了这项研究的内容和结果。
2. TTPC概念
首先解释临时保护混凝土路面(TPCP)方法的概念。如图1a所示,移除现有路面后安装模板并建造现浇水泥混凝土路面(如图1b所示)。随后,如图1c所示,立即安装TTBS,使车辆在水泥混凝土路面固化期间能够通行。水泥混凝土路面固化完成后,移除TTBS,车辆即可通过水泥混凝土路面(如图1d所示)。因此,TTBS是实施TPCP方法的关键结构。图1. TPCP方法的概念图:(a) 现有路面移除;(b) 模板安装和水泥混凝土路面施工;(c) TTBS组装和立即恢复交通;(d) TTBS拆卸和水泥混凝土路面完成。TTBS的主要结构元件包括交通板、斜坡板和支撑块(如图2所示)。交通板在水泥混凝土路面固化期间作为桥梁供车辆通行;支撑块用于支撑交通板的重量和作用在其上的车辆荷载。实际应用中,支撑块与模板隔离,以防止交通引起的振动传递并对未固化的水泥混凝土路面造成局部扰动。斜坡板连接在桥梁的两端,允许车辆进出桥梁。这些结构元件可采用多种材料设计成不同形状。本研究采用了钢筋混凝土板作为交通板,因其具有优异的经济性和耐久性。图2. TTBS的配置。用于交通板的钢筋混凝土板在工厂预制,每块板的宽度选为3.48米,以适应3米的常规车道宽度以及模板和支撑块的宽度。考虑到运输效率和便于组装拆卸,每块板的长度选为1.5米。板之间的接头可以采用增强荷载传递效率的元件,也可以仅允许接触而无需任何荷载传递元件。本研究同时考虑了这两种情况;在需要荷载传递的情况下,板的设计使得接头几何形状能够起到剪力键的作用。
3. 使用钢筋混凝土板的TTBS设计
本文描述了用于在水泥混凝土路面施工期间立即恢复交通通行的TTBS的主要组成部分——钢筋混凝土板的设计细节。本研究基于先前研究成果[48]确定了适用于TTBS的钢筋混凝土板的设计,并重点介绍了利用剪力键实现相邻板间高效荷载传递的方法。
3.1. 钢筋混凝土板设计
构成TTBS的钢筋混凝土板的基本尺寸、钢筋配置和材料设计基于先前研究[48],该研究验证了钢筋混凝土板在重型车辆荷载下的结构安全性。钢筋混凝土板的宽度选为3.48米,长度选为1.5米。根据结构安全性分析结果[48],板厚选为0.3米。在混凝土配合比设计中,水灰比定为40%,细骨料占比为49%,粗骨料和细骨料的最大粒径分别为20毫米和10毫米,遵循韩国水泥混凝土路面施工规范[49]。此时,混凝土28天的抗压强度为34兆帕,弹性模量为27.5吉帕[48]。钢筋直径选为16毫米(D16),混凝土保护层厚度为75毫米。横向和纵向钢筋的间距分别为225毫米和330毫米[48]。钢筋混凝土板的设计细节见表1。
3.2. 板接头设计
由于TTBS是一个纵向连接多个预制钢筋混凝土板的系统,确保相邻板之间的完整性并抑制裂缝非常重要。为此,可以采用多种方法处理板间接头,但只有便于快速组装和拆卸的方法才适用于TTBS。因此,本研究采用了剪力键在板接头处实现物理互锁,而不需要在接头处添加特殊元件。根据联邦公路管理局(FHWA)的《混凝土路面接头技术指南》[50],建议使用剪力键接头以防止相邻板间不均匀沉降。如图3所示,建议剪力键的突出高度为板总厚度d的0.2d,突出深度为0.1d,顶部和底部的平坦部分为0.4d。然而,在没有拉杆的情况下,剪力键的体积不足。这导致了剪切键凸出的部分失效,并对剪切键的上部和下部造成了局部损伤。因此,剪切键无法正常工作。图3. 剪切键接头的标准尺寸[50]。因此,在本研究中,使用了比现有设计更坚固的剪切键来连接TTBS板。剪切键的突出了深度保持在0.1d,而突出的高度设计为0.4d,是现有0.2d的两倍,以防止剪切键凸出部分发生剪切破坏。此外,板顶部的平坦部分和底部的平坦部分都设置为0.3d,以减轻剪切键区域的应力集中现象。为了确保板的组装和拆卸的便利性以及物理互锁效果,剪切键的倾斜度仍保持在1:4,与之前相同。这种类型剪切键的适用性在接下来的TTBS数值分析部分中有详细说明,应用了这种剪切键的钢筋混凝土板的設計圖示见图4。图4. 钢筋混凝土板設計圖:(a)钢筋設計;(b)剪切鍵接头設計。
4. TTBS的數值分析
4.1. 分析概览
在本研究中,使用了ABAQUS 2024[51]有限元分析程序开发了TTBS板的數值分析模型,以系统地分析TTBS板的结构行为和板与板之间的荷载传递特性。与之前给出的设计规范一致,钢筋混凝土板的分析模型尺寸设置为长度1.5米、宽度3.48米、厚度0.3米。为了提高分析效率并减少计算时间,考虑到板的几何对称性,采用了半宽为1.74米的对称模型。由于TTBS中使用的钢筋混凝土板必须能够组装、拆卸和重复使用,因此假设它们处于线性弹性范围内。因此,在数值分析模型中,混凝土板和钢筋被假设为线性弹性材料。混凝土板和钢筋分别使用八节点简化积分实体元素和两节点线性桁架元素进行建模。这种方法有效地分析了板的准确应力分布和板接头的复杂接触行为。对于分析中使用的材料属性,混凝土板的弹性模量设置为27.5 GPa,泊松比为0.15;钢筋的弹性模量设置为200 GPa,泊松比为0.3。此外,通过基于混凝土和钢筋之间完美粘结的假设施加嵌入区域约束,即使在复杂的钢筋布置下也能保证良好的数值收敛性和可靠性。
TTBS是一种多个预制板纵向组装的系统。因此,必须适当考虑实际现场条件下的连续性和荷载传递特性。为此,通过将三块板互连来配置数值分析模型,以模拟加载下的组装板行为。板A是一端有剪切键槽的板,板B是中间连接板,两端分别配置有剪切键和槽,板C是一端有剪切键的板,如图5所示。剪切键的突出高度分为两种情况:FHWA[50]推荐的板厚度d的0.2d突出高度,以及为了抑制剪切键失效并增加有效抵抗面积而修改的0.4d突出高度。因此,共开发了六种通过组合板接头形状和剪切键突出高度配置的数值分析模型板,并系统地分析和比较了根据接头几何形状的荷载传递性能。在数值分析中,首先评估了单块板的基本结构行为,然后详细分析了根据板之间连接性的组装板的荷载传递特性。图5. 根据剪切键设计的板配置。
4.2. 单块TTBS板的行为
为了评估单块TTBS板的基本结构行为,对六个分析模型进行了数值分析,考虑了剪切键的布置和突出高度。数值分析模型的边界和加载条件如图6所示,以模拟实际支撑条件和车辆荷载特性。作为边界条件,在安装支撑块的每个角处,支撑块内部位置的垂直位移被约束为等于支撑块的长度。此外,在对称截面处约束横向位移,以应用对称边界条件,从而模拟整个板的行为。图6. 单块板分析的边界和加载条件。加载条件是根据在韩国城市地区运行的市政公交车的荷载特性确定的。荷载的大小是通过将后轴重量比例62.5%应用于总车重161.7 kN来设定的。考虑到分析模型的对称性,施加了50.532 kN的轮载,这是后轴载重的一半[48]。如图6所示,建立了两种代表性的加载情况:一种是中心加载,用于评估一般的弯曲行为;另一种是边缘加载,用于研究在最不利的结构条件下的行为。由于板边缘是不连续性导致应力集中最大的关键位置,因此严格评估了该位置的结构安全性。加载位置选择在公交车主要行驶且交通荷载累积的车轮路径上,荷载以0.6米×0.24米的均匀分布载荷施加,以模拟轮胎接触区域。当荷载施加在板的中心和边缘时,板的应力分布和变形形状的示例见图7,最大应力和变形在表2中进行分析和显示。分析结果表明,在相同的加载条件下,板的 principal stress 和变形几乎相同,无论剪切键的突出高度或板接头的形状如何。这表明剪切键几何形状对板的整体刚性影响可以忽略不计,板的行表现为板本身的弯曲行为所主导。此外,分析了在最不利加载条件(如边缘加载)下发生的最大拉应力,发现其显著低于混凝土的抗弯强度5 MPa[52],从而确认了所提出的TTBS板的结构安全性。
4.3. 组装TTBS板的行为
进行了数值分析,以比较和根据先前定义的0.2d和0.4d剪切键突出高度来分析组装TTBS板的行为特性。相邻板之间的接触表面被赋予了硬接触条件。板间接触表面的摩擦系数参考了KDS 14 20 22(混凝土结构的剪切和扭转设计标准)和ACI 318-19[53,54]中规定的标准值0.6进行设置。基于这些标准,采用符合设计标准的0.6摩擦系数来模拟组装板的荷载传递行为。关于边界条件,对每个板应用了与单块板分析相同的支撑条件,以复制实际连接状态,并根据加载位置建立了三种加载情况。在第一种情况下,为了模拟车辆经过接头的临界情况,在板A和B之间的接头部分,对板B的剪切键所在边缘施加了荷载。在第二种情况下,为了分析相同情况下根据剪切键布置的应力特性,在板B和C之间的接头部分,对板B的剪切键槽所在边缘施加了荷载。在第三种情况下,为了模拟车辆经过板中心的情况,在板B的中心施加了荷载。加载位置和面积与单块板分析相同。图8展示了组装板分析模型的详细支撑条件和加载位置。数值分析结果证实,在将荷载施加到板B边缘的加载条件下,最大 principal stress 发生在板A和B之间以及板B和C之间的接头处。详细分析结果总结在表3中。关于最大变形,无论剪切键的突出高度如何,板A和B之间以及板B和C之间的接头获得的结果都是相同的。这归因于整体变形主要由板自身的抗弯刚性决定,而不是剪切键的局部几何形状。同时,与单块板分析结果相比,板A和B之间以及板B和C之间的接头处的最大变形分别减少了66.6%和66.4%。这表明荷载通过组装板的接头有效地分配到了相邻板上。表3. 组装板在边缘加载下的数值分析结果。此外,根据剪切键突出高度的不同,最大 principal stress 也有轻微差异。板A和B之间以及板B和C之间的接头处的最大应力分别从0.727 MPa减少到0.704 MPa,而板B和C之间的接头处的应力也从0.720 MPa减少到0.706 MPa。这被认为是由于剪切键高度增加导致截面面积扩大,从而减少了接头区域的应力集中。进一步比较单块板的结果,板A和B之间以及板B和C之间的接头处的最大 principal stress 分别减少了54.8%和55.3%。这些结果验证了TTBS接头在结构应力释放方面的有效性。
在板B的中心加载条件下,确认最大 principal stress 和最大变形发生在板B的中心,即荷载施加的位置,详细分析结果总结在表4中。对于最大变形,无论剪切键的突出高度如何,板A和B之间以及板B和C之间的接头处的值都是相同的。这归因于整体变形主要由板自身的抗弯刚性决定,而不是剪切键的局部几何形状。同时,与单块板分析结果相比,板A和B之间以及板B和C之间的接头处的最大变形分别减少了66.6%和66.4%。这表明荷载通过组装板的接头有效地分配到了相邻板上。表3. 组装板在边缘加载下的数值分析结果。此外,根据剪切键突出高度的不同,最大 principal stress 也略有差异。板A和B之间以及板B和C之间的接头处的最大应力分别从0.727 MPa减少到0.704 MPa,而板B和C之间的接头处的应力也从0.720 MPa减少到0.706 MPa。这被认为是由于突出高度增加导致剪切键截面面积扩大,从而减少了接头区域的应力集中。进一步比较单块板的结果,板A和B之间以及板B和C之间的接头处的最大 principal stress 分别减少了54.8%和55.3%。这些结果验证了TTBS接头在结构应力释放方面的有效性。在板B的中心加载条件下,确认最大 principal stress 和最大变形发生在板B的中心,详细分析结果总结在表4中。对于最大变形,突出高度为0.4d的情况与突出高度为0.2d的情况相比,变形仅减少了0.001 mm,因此证实了剪切键突出高度对变形的影响可以忽略不计。这被认为是因为,与之前的边缘加载情况一样,整体变形主要由板自身的抗弯刚性决定。与单块板的最大变形相比,突出高度为0.2d时的变形减少了57.8%,突出高度为0.4d时的变形减少了58.1%。最大主应力根据剪键突出高度的不同也只显示出微小的差异,这与边缘加载情况不同。这意味着当载荷远离接头施加时,剪键的配置没有效果。与单个板相比,在中心加载下,组装板的最大应力减少了35.7%。表4显示了组装板在中心加载下的数值分析结果。因此,提出的0.4d突出高度被发现能够改善应力分布性能,尤其是在接头载荷条件下,比现有的0.2d突出高度更好。
4.4. TTBS接头处的载荷传递特性
通过分析TTBS板接头的剪应力进行了数值分析,以评估载荷传递特性。将之前描述的接头载荷条件应用于分析中。结果表明,剪应力集中在接头处,最大剪应力在表5中进行了总结。如表所示,当载荷施加在存在剪键突出的A板和B板之间的B板边缘时,剪应力大于载荷施加在存在剪键槽的B板和C板之间的B板边缘时的剪应力。A板和B板之间的接头处最大剪应力从0.2d突出高度时的0.118 MPa降低到0.4d突出高度时的0.102 MPa。同样,在B板和C板之间的接头处,最大剪应力从0.2d突出高度时的0.099 MPa降低到0.4d突出高度时的0.095 MPa。剪应力的减小幅度分别为13.6%和4.0%。因此,发现0.4d的剪键突出高度比0.2d的突出高度更有效地降低了剪应力。这一分析结果表明,0.4d突出高度的TTBS剪键接头作为结构载荷传递元件能够有效工作。
5. TTBS行为的实验验证
5.1. 实验准备
为了实验验证数值分析的结果,使用1/6比例的小型TTBS板进行了加载试验。选择1/6比例是因为考虑了万能试验机(UTM)安装试样和测量设备的有效实验间距。此外,之前已经系统验证了1/6比例钢筋混凝土板与全尺寸板之间的结构相似性[48]。基于这些考虑,本研究采用了1/6比例。此次实验中使用的小型TTBS板的尺寸为长250毫米、宽580毫米、厚50毫米。混凝土配合比和钢筋设计均采用之前相关研究[48]中的规格。共制作了三块小型TTBS板,分别为A板、B板和C板,剪键突出高度设置为0.4d。选择0.4d配置进行实验验证,因为在数值分析中被认为是优化设计。虽然由于在1/6比例下难以准确制造出10毫米高的突出部分,0.2d配置没有进行实验测试,但通过比较实验和数值分析结果可以验证0.4d配置剪键的有效性。
实验板的制作过程如下:首先,根据设计尺寸精确制作模板,并使用石膏制作能够实现剪键复杂形状的模具并固定在模板内侧。根据纵向和横向钢筋设计放置钢筋,并牢固地固定在模板上,以防止浇筑混凝土时发生位置变化。随后浇筑混凝土,并进行压实和表面处理。实验板在潮湿养护1天后脱模,然后在恒定温度下水中养护28天以达到设计强度。小型TTBS板的整体制作过程和形状如图9所示。
5.2. 单块板的实验分析
为了评估单块板的基本结构行为,在中心加载和边缘加载条件下进行了实验,实验设置和测量传感器的布置如图12所示。每种加载条件和板类型重复进行了三次实验。关于应变的详细分析结果分别见表6和表7,关于位移的详细分析结果总结在表8和表9中。分析结果显示,重复实验结果之间的偏差非常小,确认了实验数据的可靠性和一致性。
5.3. 组装板的实验分析
为了评估TTBS板之间的载荷传递特性,按照图13所示的方式组装板进行了加载试验。实验重复进行了三次,关于应变和位移的详细分析结果分别见表10和表11。确认了实验数据的可靠性和一致性,因为重复实验结果之间的偏差可以忽略不计。
5.4. 数值分析和实验分析结果的比较
为了验证数值分析模型的有效性以及TTBS板的结构安全性和载荷传递特性,对比了基于数值分析和实验得到的单块板和组装板的应变和位移数据。在应变方面,基于几何相似性进行了直接比较,即全尺寸数值分析模型和小型TTBS板之间的应变保持一致。在发生挠度的情况下,使用小型试件进行的实验中测得的数值需要通过乘以6来转换为全尺寸数值,6是比例尺的倒数,然后与数值分析结果进行比较。对于单个试件,当载荷施加在试件中心和边缘时,对其数值分析和实验结果进行了比较。关于应变的比较结果显示在图14、图15和表12中,而关于挠度的比较结果显示在图16、图17和表13中。从图中可以看出,全尺寸试件数值分析得到的应变和挠度与使用小型TTBS试件进行的实验测量结果趋势非常相似。在中心载荷条件下,应变的最大偏差为6.7%,在边缘载荷条件下为7.4%;挠度的最大偏差在中心载荷条件下为7.0%,在边缘载荷条件下为3.9%。考虑到分析出的偏差并不显著,可以确认本研究的数值分析模型能够准确地分析单个试件的应力分布和挠度。
图14. 单个试件在中心载荷下的应变对比(分析值与测量值)。
图15. 单个试件在边缘载荷下的应变对比(分析值与测量值)。
表12. 单个试件在中心载荷下的应变差异(分析值与测量值)。
图16. 单个试件在中心载荷下的挠度对比(分析值与测量值)。
图17. 单个试件在边缘载荷下的挠度对比(分析值与测量值)。
表13. 单个试件在边缘载荷下的挠度差异(分析值与测量值)。
装配式试件的数值分析与实验分析结果的对比数据总结在图18、图19以及表14和表15中。数值分析和小型试件实验得到的应变和挠度非常相似,应变的最大偏差约为5%,挠度的最大偏差约为8%。特别是,对于施加载荷的试件B及其相邻的试件C,数值分析与实验分析结果的相似性表明,通过剪切键的载荷传递特性在数值分析中得到了准确的模拟。基于此对比分析,可以确认本研究中开发的数值分析模型能够可靠地模拟TTBS试件的行为和载荷传递特性。
图18. 装配式试件的应变对比(分析值与测量值)。
图19. 装配式试件的挠度对比(分析值与测量值)。
表14. 装配式试件的应变差异(分析值与测量值)。
表15. 装配式试件的挠度差异(分析值与测量值)。
6. 总结与结论
本研究旨在开发一种临时交通桥系统(TTBS),用于临时保护混凝土路面(TPCP)方法中水泥混凝土路面养护期间。该系统由钢筋混凝土试件构成,对其在承受公交载荷时的行为进行了数值分析,并研究了试件接头配置对载荷传递的影响。为了验证数值分析结果,实验使用了小型钢筋混凝土试件。本研究的重要发现如下:
- 根据对单个TTBS试件的分析,无论试件接头的形状如何(如剪切键凸起或剪切键槽),试件的应力和挠度都是相同的。这表明剪切键的几何形状对试件整体刚度的影响可以忽略不计,试件的行为主要由试件本身的弯曲特性决定。
- 对于装配式TTBS试件,数值分析和实验分析结果均显示剪切键接头能够有效传递载荷。通过与单个试件的对比,证实了剪切键接头之间的物理互锁作用能够有效地将载荷分配给相邻试件,显著降低了拉应力和挠度。
- 剪切应力分布表明,剪切键接头系统具有结构稳定性,所有应力均保持在安全设计范围内。
在此分析框架下,剪切键的凸起高度被确定为关键的设计参数。特别是,提出的0.4d剪切键凸起高度被证明是一种结构优化的形状,与现有的0.2d剪切键凸起高度相比,能够减少拉应力和剪切应力。
- 对单个试件和装配式试件的小型实验分析结果与数值分析结果一致,这证实了所提出的TTBS在结构行为和载荷传递效率方面的可靠性。
本研究证实,使用钢筋混凝土试件设计的TTBS系统可以实际应用于工程中。由于TTBS是TPCP方法中最重要的结构元素,这表明TPCP方法能够在减少交通管制给公众带来的不便的同时,有效地将现有沥青路面转变为更耐用的水泥混凝土路面。未来,将通过现场实验对全尺寸TTBS的结构响应(如应力分布、挠度和载荷传递特性)进行实际验证。此外,还应在实际交通条件下进行现场测试,以研究系统的动态响应和疲劳特性,并评估系统组件的耐久性等实际问题。