■孫增華

（1.福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004；2.近海公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)新材料技術(shù)應(yīng)用交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，福州 350004)

水泥混凝土路面具有抗重載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性和耐久性好、易就地取材等諸多優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)公路建設(shè)中占比十分顯著。 但實(shí)踐過(guò)程中也出現(xiàn)了路面實(shí)際使用壽命顯著低于設(shè)計(jì)預(yù)期的情況，也凸顯了其維修困難的缺陷，尤其是重載交通下各地路面病害嚴(yán)重。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，路面在施工階段形成的早齡期性狀在與交通荷載共同作用下，將顯著影響路面的力學(xué)行為，甚至決定路面的臨界荷位和日后典型破壞模式[1-2]。 夏季或者干燥地區(qū)施工的水泥混凝土路面，由于早齡期顯著的板頂干縮和板凝固時(shí)對(duì)應(yīng)高的正溫度梯度，板會(huì)形成一個(gè)始終向上的固化翹曲。 這種翹曲會(huì)導(dǎo)致距板邊一定范圍內(nèi)的路面板與基層脫開(kāi)，特別是重載交通影響下會(huì)導(dǎo)致裂縫、誘發(fā)路面板過(guò)早破壞[1]。 美國(guó)AASHTO 的力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)指南中，對(duì)路面早齡期的影響簡(jiǎn)化設(shè)定為有效固化溫度梯度差EBITD ?。?.5℃[3]。 國(guó)內(nèi)方面，福州大學(xué)胡昌斌[4-5]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮德成[6]等課題組均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證實(shí)了路面板早齡期的固化翹曲與殘余應(yīng)力的存在。 基于以上，本文采用影響線方法[1]，基于路面板早齡期性狀分析理論，對(duì)環(huán)境荷載與交通荷載共同作用下典型水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為開(kāi)展研究，對(duì)比傳統(tǒng)分析理論與早齡期分析理論下路面板的力學(xué)響應(yīng)、臨界荷位、破壞模式，以期為重載交通混凝土路面分析與設(shè)計(jì)提供理論參考。

1 路面板早齡期分析理論

路面板在使用階段的翹曲變形包含5 個(gè)非線性分量，即沿板厚分布的溫度梯度、濕度梯度、固化硬化過(guò)程中形成的固化溫度梯度、表面不可逆干縮以及混凝土徐變變形。 其中，除沿板厚的溫度梯度外， 其余4 個(gè)分量隨外界長(zhǎng)期環(huán)境條件的變化較小，主要與早齡期過(guò)程有關(guān)，后4 個(gè)非線性分量可以統(tǒng)稱為早齡期固化性狀，也可稱為固化翹曲BIC、有效固化溫度梯度差EBITD[7-9]。

固化溫度梯度包括終凝時(shí)刻板頂與板底之間的溫度差以及沿板厚的均勻基礎(chǔ)溫度，典型夏季產(chǎn)生的固化溫度及其對(duì)路面板的作用如圖1 所示。

圖1 終凝時(shí)刻固化溫度概念示意圖

固化溫度與濕度收縮、干縮、徐變的作用等效為有效固化溫度梯度EBITD，與長(zhǎng)期溫度梯度共同作用產(chǎn)生翹曲變形和溫度應(yīng)力，即計(jì)算溫度梯度表達(dá)如圖2 所示。

圖2 環(huán)境荷載作用下路面板翹曲與應(yīng)力計(jì)算示意圖

文獻(xiàn)[3]匯總了近些年基于各類試驗(yàn)獲得的EBITD值在－20 ℃/m～－90.8 ℃/m，與我國(guó)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D40-2011）[10]推薦的最大環(huán)境溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值域相當(dāng)。 疊加24 cm 板厚的長(zhǎng)期溫度差，不利的計(jì)算溫度差在－30℃～+10℃。

2 基于早齡期理論的路面板力學(xué)分析

2.1 結(jié)構(gòu)模型與參數(shù)

2.1.1 路面結(jié)構(gòu)

采用剛性路面專用有限元軟件EverFE 2.24 開(kāi)展分析，典型路面結(jié)構(gòu)模型、計(jì)算參數(shù)及其一般取值如表1 所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算參數(shù)

2.1.2 交通荷載模型

典型車(chē)輛軸型的軸型軸距參數(shù)如圖3 所示，前軸軸重為5 t， 輪間距為1.8 m； 前后軸軸間距為3.8 m，軸型與荷載相關(guān)參數(shù)如表2 所示，行車(chē)軌跡見(jiàn)圖4。

圖3 軸型輪組圖（單位：cm）

表2 輪胎接地尺寸計(jì)算值

圖4 交通荷載行駛軌跡線

交通荷載簡(jiǎn)化為移動(dòng)恒載和隨機(jī)動(dòng)荷載。 隨機(jī)動(dòng)荷載考慮車(chē)-路之間的耦合相互作用， 基于Fourier 逆變換法擬模擬路面不平整度和1/4 車(chē)輛振動(dòng)模型，采用Matlab 數(shù)值程序來(lái)模擬不同平整度下車(chē)輛的隨機(jī)動(dòng)荷載。

2.2 環(huán)境荷載作用下路面板力學(xué)響應(yīng)

無(wú)交通荷載時(shí)，路面板僅受環(huán)境荷載和早齡期形成的EBITD 的作用，圖5 和圖6 分別給出了不同計(jì)算溫度差下路面板的翹曲變形輪廓、最大拉應(yīng)力分布。 從圖5～6 可以看出，路面板計(jì)算溫度梯度差越大，路面板的翹曲變形越明顯，產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力越大。 圖5 中，計(jì)算溫度梯度差為正值時(shí)，面板向下翹曲，而計(jì)算溫度梯度差為負(fù)值時(shí)，面板向上翹曲。 溫度梯度差為－10℃、－20℃、－30℃時(shí)，板邊板角相對(duì)板邊中部向上的翹曲量分別為0.88、2.14、3.44 mm，溫度梯度差為+5℃、+10℃時(shí)，板邊板角相對(duì)板邊中部向下的翹曲量分別為0.18 mm、0.46 mm，翹曲量隨溫度梯度差值增大而增大。 圖6 中，路面板向下翹曲時(shí)，板底受拉而板頂受壓，最大拉應(yīng)力位于板底。 路面板向上翹曲時(shí)，板底受壓而板頂受拉，最大拉應(yīng)力位于板頂。 溫度梯度差為－10℃、－20℃和－30℃時(shí)，面板最大拉應(yīng)力分別為1.10、1.61和1.99 MPa，溫度梯度差為+5、+10℃時(shí)，面板最大拉應(yīng)力分別為0.72 和1.24 MPa， 即隨著溫度梯度差的增大，路面板最大拉應(yīng)力極值變大，且更集中于板中位置。

圖5 不同溫度梯度下路面板翹曲變形

圖6 不同溫度梯度下路面板最大拉應(yīng)力云圖

2.3 交通荷載作用下路面板力學(xué)響應(yīng)

不同行車(chē)軌跡的后單軸標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載作用下路面板的最大拉應(yīng)力值的對(duì)比如圖7 所示，可以看出車(chē)輛貼著板中縱縫行駛時(shí)板底最大拉應(yīng)力比沿著板中行駛下板底最大拉應(yīng)力大，而車(chē)輛靠近縱邊行駛時(shí)板底最大拉應(yīng)力明顯增大。 輪跡貼著縱縫、橫向板中、 縱邊時(shí)板底最大拉應(yīng)力分別為0.99、0.94、1.62 MPa。這說(shuō)明行車(chē)軌跡在面板外側(cè)邊緣時(shí)的板底拉應(yīng)力最大，且后輪行駛至板中時(shí)，路面板應(yīng)力最大，即外側(cè)板邊中部為臨界荷位，與規(guī)范一致。 臨界荷載下路面板最大應(yīng)力分布如圖8 所示，可以看出規(guī)范臨界荷載最大拉應(yīng)力位于板底面板邊中部，在車(chē)輪底部。 在此作用下，路面板往往發(fā)生自下而上的板中橫向開(kāi)裂。

圖7 不同行車(chē)軌跡下路面板最大拉應(yīng)力對(duì)比

圖8 規(guī)范臨界荷載下路面板應(yīng)力分布云圖

2.4 環(huán)境荷載與交通荷載共同作用下路面力學(xué)響應(yīng)

2.4.1 板角向上翹曲與交通荷載共同作用

板角向上翹曲和相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)選擇較為不利的溫度差工況，即為－20℃。 圖9～10 分別對(duì)比了不同軸型標(biāo)準(zhǔn)軸載沿不同行駛軌跡、不同荷位下路面板（－30℃）的最大拉應(yīng)力值。 從圖9～10 可以看出，最不利行車(chē)軌跡均為外側(cè)板邊，臨界荷位為后輪中心位于橫縫附近。 圖9 中，面板向上翹曲時(shí)，不同軸型車(chē)輛沿面板外側(cè)板邊軌跡（1050 mm）行駛下產(chǎn)生的面板最大拉應(yīng)力最大。 后單軸車(chē)輛沿外側(cè)板邊軌跡（1050 mm）行駛至橫縫0.15 m 附近時(shí)，面板的板頂最大拉應(yīng)力較大，行駛至板中位置時(shí)板頂最大拉應(yīng)力較小，如圖10（a）。后雙軸車(chē)輛沿外側(cè)板邊軌跡（1050 mm）行駛至橫縫位置0.2 m 時(shí)，面板最大拉應(yīng)力較大，行駛至板中位置時(shí)板頂最大拉應(yīng)力較小， 如圖10 （b）。 后三軸車(chē)輛沿外側(cè)板邊軌跡（1050 mm）行駛至橫縫位置－0.45 m 時(shí)，面板最大拉應(yīng)力較大，行駛至板中位置時(shí)板頂最大拉應(yīng)力較小，如圖10（c）。因此，對(duì)于向上翹曲的路面板來(lái)說(shuō)，其臨界荷載位置位于外側(cè)板邊軌跡（1050mm）行駛至橫縫位置附近。

圖9 不同行車(chē)軌跡下路面板最大拉應(yīng)力對(duì)比

圖10 不同荷位下路面板最大拉應(yīng)力對(duì)比

圖11 對(duì)比了三軸軸型下貨車(chē)沿板外側(cè)邊緣行駛下路面板最大拉應(yīng)力，可以看出，軸型影響臨界荷位、面板的最大拉應(yīng)力位置和大小。 圖11 中，對(duì)于向上翹曲的路面板，后單軸、后雙軸和后三軸車(chē)輛均是作用下橫縫位置附近時(shí)路面板的最大拉應(yīng)力較大，行駛至板中時(shí)面板最大拉應(yīng)力較小。 其中，車(chē)輛剛駛?cè)朊姘鍟r(shí)面板最大拉應(yīng)力較大，而靠近路面板另一橫縫時(shí)的面板最大拉應(yīng)力較前一橫縫情況小，特別是后單軸車(chē)輛情況變化最明顯。 這說(shuō)明了駛?cè)朊姘鍟r(shí)，前輪軸載和后軸荷載共同影響路面板的最大拉應(yīng)力。 若定義彎拉強(qiáng)度 （5.0 MPa）的45%為初始疲勞破壞所需的拉應(yīng)力，即較低的疲勞極限為2.25 MPa 時(shí)，從圖11 中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于－20℃溫度梯度差的面板翹曲形狀，后單軸標(biāo)準(zhǔn)軸載的車(chē)輛僅在駛?cè)朊姘?.5 m 之前產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力大于疲勞應(yīng)力值，而后雙軸標(biāo)準(zhǔn)軸載的車(chē)輛行駛在橫縫1.5 m 范圍內(nèi)時(shí)， 面板的最大拉應(yīng)力均大于疲勞應(yīng)力，后三軸標(biāo)準(zhǔn)軸載行駛在面板任一位置產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力均超過(guò)了疲勞應(yīng)力值。 這說(shuō)明，后三軸貨車(chē)對(duì)路面板損傷的影響最為顯著。

圖11 不同軸型荷載作用下路面板最大拉應(yīng)力對(duì)比

2.4.2 板角向下翹曲與交通荷載共同作用

板角向下翹曲和相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)選擇的溫度差工況為+5℃。 圖12～13 分別對(duì)比了不同軸型標(biāo)準(zhǔn)軸載沿不同行駛軌跡、不同荷位下路面板（+5℃）的最大拉應(yīng)力值。 從圖12～13 可以看出，面板向下翹曲時(shí)， 后單軸、 后雙軸和后三軸車(chē)輛沿板邊軌跡（1050 mm）行駛時(shí)路面板板底最大拉應(yīng)力大于其他行車(chē)軌跡線情況， 臨界荷位處于板邊中部向前1 m位置附近。面板的最大拉應(yīng)力位于離板邊中部約1 m的板底。 圖12（a）中，后單軸行車(chē)荷載作用在板邊時(shí)的最大拉應(yīng)力明顯大于其他軌跡線， 后單軸車(chē)輛在其他軌跡線下產(chǎn)生的面板最大拉應(yīng)力變化不大，最不利的行車(chē)軌跡是沿縱縫板邊軌跡（－1050 mm）和沿外側(cè)板邊軌跡（1050 mm），最不利行車(chē)荷載位置是板邊中部位置。 圖12（b）和圖12（c）中后雙軸和后三軸行車(chē)荷載作用于外側(cè)板邊軌跡（1050 mm）時(shí)最大拉應(yīng)力大于其他行車(chē)軌跡線情況，縱縫板邊行車(chē)軌跡（－1050 mm）情況次之，車(chē)輛在其他軌跡線下產(chǎn)生的面板最大拉應(yīng)力變化不大。 對(duì)于后雙軸和后三軸車(chē)輛， 最不利行車(chē)軌跡線是沿外側(cè)板邊軌跡（1050 mm），最不利行車(chē)荷載位置是離板邊中部1 m左右的位置。 圖13 中，相同軸載下不同軸型車(chē)輛均在板邊行駛時(shí)產(chǎn)生的面板最大拉應(yīng)力較大，其中后單軸和后雙軸車(chē)輛在板邊行駛時(shí)的最大拉應(yīng)力較為接近，而后三軸車(chē)輛沿板邊行駛時(shí)產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力值略小于后單軸和后雙軸情況。 因此，向下翹曲路面板，相同軸載下后多軸型車(chē)輛對(duì)路面產(chǎn)生的影響小于后單軸和后雙軸車(chē)輛。

圖12 不同荷位下路面板最大拉應(yīng)力對(duì)比

圖13 不同行車(chē)軌跡下路面板最大拉應(yīng)力對(duì)比

2.4.3 環(huán)境溫度荷載量級(jí)的影響

圖14～15 對(duì)比了路面板環(huán)境荷載量級(jí)及計(jì)算溫度梯度差下（－10℃、－20℃和－30℃）后單軸標(biāo)準(zhǔn)軸載貨車(chē)路面板最大拉應(yīng)力情況。

圖14 面板翹曲量級(jí)對(duì)路面最大拉應(yīng)力的影響

從圖14～15 可以看出，路面板環(huán)境荷載量級(jí)僅改變路面板最大拉應(yīng)力的大小和位置，并不影響臨界荷載位置。 面板最大拉應(yīng)力隨面板翹曲量的增加首先呈變小趨勢(shì)，然后很快地隨翹曲量的增大而增大。 圖14 中，對(duì)于后單軸車(chē)輛行駛在不同翹曲大小的路面板上， 后單軸行車(chē)荷載沿板邊軌跡（1050 mm）行駛在－10℃、－20℃和－30℃的溫度梯度差引起的翹曲的面板上時(shí)，作用在不同荷載位置產(chǎn)生的面板最大拉應(yīng)力的變化趨勢(shì)基本不變，僅提高了路面板的最大拉應(yīng)力的大小。 路面板翹曲量級(jí)的大小僅影響行車(chē)荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力的大小和位置，并未改變產(chǎn)生面板最大拉應(yīng)力的荷載位置。 圖15中，可以更直觀地看出不同計(jì)算溫度梯度差產(chǎn)生的面板翹曲在行車(chē)荷載作用下的最大拉應(yīng)力情況。 由于計(jì)算溫度梯度差值（不考慮符號(hào)）越大，面板的翹曲值越大。 因此，面板最大拉應(yīng)力隨面板翹曲量的增加首先呈變小趨勢(shì)，然后很快地隨翹曲量的增大而增大。 并且無(wú)翹曲時(shí)，面板最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在板底位置，面板一旦發(fā)生向上的翹曲后，最大拉應(yīng)力便出現(xiàn)在板底表面位置。

圖15 不同計(jì)算溫度梯度差對(duì)行車(chē)荷載作用下路面最大拉應(yīng)力的影響

2.4.4 環(huán)境荷載與交通荷載的耦合效應(yīng)

圖16 給出了典型工況下， 標(biāo)準(zhǔn)交通荷載單獨(dú)作用下路面板底最大拉應(yīng)力云圖分布。 圖17 給出了－30℃環(huán)境荷載與標(biāo)準(zhǔn)交通荷載共同作用下的路面板頂最大拉應(yīng)力云圖分布。 由圖16～17 可知，翹曲應(yīng)力和耦合作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力都隨翹曲量的增大而增大，因此無(wú)法得出面板環(huán)境荷載量級(jí)的大小是否會(huì)造成行車(chē)荷載應(yīng)力的增大，需要對(duì)不同翹曲量和行車(chē)荷載耦合作用下產(chǎn)生的面板拉應(yīng)力進(jìn)行進(jìn)一步分析。 在分析路面環(huán)境荷載量對(duì)行車(chē)荷載應(yīng)力的影響時(shí)，認(rèn)為路面板的應(yīng)力是溫度翹曲應(yīng)力和行車(chē)荷載應(yīng)力的疊加。

圖16 不考慮環(huán)境荷載時(shí)交通荷載作用下最大拉應(yīng)力云圖

圖17 不考慮環(huán)境荷載時(shí)交通荷載作用下最大拉應(yīng)力云圖

圖18 是不同環(huán)境荷載和行車(chē)荷載耦合作用在路面不同位置時(shí)產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力，其中各值為扣除相應(yīng)節(jié)點(diǎn)溫度翹曲應(yīng)力后的最大拉應(yīng)力值。 可以看出，溫度翹曲和行車(chē)荷載耦合作用下面板的最大拉應(yīng)力位于板中頂部位置，而在扣除溫度翹曲應(yīng)力后，行車(chē)荷載的最大拉應(yīng)力位于板邊中部位置。 同時(shí)圖16 表明，路面板翹曲量越大，行車(chē)荷載產(chǎn)生的荷載應(yīng)力越大。 因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)若分別計(jì)算溫度翹曲應(yīng)力和行車(chē)荷載應(yīng)力將導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的路面無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，主要原因是：溫度翹曲和行車(chē)荷載共同作用下路面板的臨界荷載位置以及最大拉應(yīng)力位置和大小都與設(shè)計(jì)值有較大差別，耦合作用下面板的最大拉應(yīng)力明顯大于設(shè)計(jì)值。

圖18 環(huán)境荷載量級(jí)對(duì)路面最大荷載拉應(yīng)力的影響

3 基于早齡期理論的路面板破壞模式

考慮路面不平整度與翹曲的影響，將交通荷載通過(guò)等效為隨機(jī)動(dòng)荷載， 隨機(jī)動(dòng)荷載考慮車(chē)-路之間的耦合相互作用， 基于Fourier 逆變換法擬模擬路面不平整度和1/4 車(chē)輛振動(dòng)模型，采用Matlab 數(shù)值程序來(lái)模擬不同平整度下車(chē)輛的隨機(jī)動(dòng)荷載。 為考慮應(yīng)力范圍和應(yīng)力比的水泥混凝土全應(yīng)力水平范圍的疲勞方程[9]，水泥混凝土路面的疲勞壽命預(yù)估分析表達(dá)式如下

式（1）中，S 為應(yīng)力幅值，R 為應(yīng)力比，N 為疲勞壽命， 認(rèn)為水泥混凝土路面抗折強(qiáng)度要求為5 MPa?；谄趬勖A(yù)估方程和雨流法，得到不同參數(shù)對(duì)路面板疲勞壽命的影響情況如表3 所示。 路面板最不利疲勞位置如圖19 所示。 圖20 為不同工況下路面板的開(kāi)裂模式的對(duì)比。 可知：（1）對(duì)路面板疲勞壽命的影響特性。 從表3 可以看出，對(duì)水泥混凝土路面疲勞破壞特性影響最為顯著的是面板的翹曲量級(jí)， 其次是貨車(chē)軸重和車(chē)輛橫向的行車(chē)軌跡。 而面板厚度、接縫剛度、面板尺寸也顯著影響路面的疲勞壽命。 上述因素中對(duì)路面的疲勞壽命影響最不顯著的是混凝土彎拉強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）和基層模量。 綜合因素影響性分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)水泥混凝土路面使用壽命的最經(jīng)濟(jì)有效的方法是選擇適宜的路面鋪筑季節(jié)和鋪筑時(shí)段、采用恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方式和養(yǎng)護(hù)材料、 降低混凝土的熱膨脹系數(shù)、限制貨車(chē)載重。 而其他一些技術(shù)對(duì)策，如增加板厚、提高混凝土彎拉強(qiáng)度、縮小接縫間接、提高基層模量或增加基層厚度、提高地基反應(yīng)模量、設(shè)置剛性路肩、提高接縫傳荷能力或設(shè)置傳力桿等，雖然可以提高路面使用壽命，但是往往需增加工程成本。 （2）對(duì)路面板疲勞損傷位置的影響特性。 從圖19 可以看出，不考慮路面板環(huán)境荷載的影響，即規(guī)范工況下，路面板的疲勞損傷位置在外側(cè)縱向板邊中部板底位置， 而考慮環(huán)境荷載與交通荷載的耦合作用后，路面板存在多處疲勞損傷位置，在外側(cè)板邊板頂或板底面，由于軸型的影響，存在4 處疲勞損傷位置。 （3）對(duì)路面板疲勞開(kāi)裂模式的影響特性。 由圖20 可知，路面板角向上翹曲時(shí)，與交通荷載共同作用下， 路面板主要發(fā)生自上而下的開(kāi)裂模式，即裂縫由板頂向板底逐步擴(kuò)展；而不考慮面板翹曲或面板向下翹曲時(shí)， 則產(chǎn)生自下而上的開(kāi)裂模式，即裂縫由板底向板頂擴(kuò)展的模式。

圖19 路面板疲勞損傷位置對(duì)比

圖20 不同工況下路面板開(kāi)裂模式

表3 水泥混凝土路面疲勞破壞影響因素匯總

4 基于早齡期理論的路面設(shè)計(jì)方法與控制

綜合以上可以看出，基于早齡期性狀的分析理論能夠解釋路面板現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜斷面模式，同時(shí)為減少路面板斷板等病害，在道路路基、基層等結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)條件后，對(duì)路面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工提出以下工程技術(shù)建議：（1）混凝土路面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力分析時(shí)，建議采用有限元法，綜合考慮早齡期固化性狀、溫度梯度差和行車(chē)荷載耦合作用，研究表明行車(chē)荷載與溫度荷載耦合作用下的路面板應(yīng)力大于單獨(dú)計(jì)算得到行車(chē)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力之和。 同時(shí)臨界荷位考慮為后單軸雙輪貨車(chē)作用在板角位置。 不同地區(qū)采用的溫度荷載推薦值見(jiàn)表4。（2）對(duì)于重載交通路段， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮配置單層或雙層鋼筋網(wǎng)，且鋼筋網(wǎng)盡量靠近板頂表面。 （3）面板長(zhǎng)期產(chǎn)生的板頂表面濕度收縮會(huì)加劇凹形翹曲與行車(chē)荷載對(duì)路面板的不利影響，因此，建議施工早期在控制濕度開(kāi)裂的前提下，逐級(jí)降低濕度，在早期產(chǎn)生濕度變形，通過(guò)混凝土早期高徐變作用，釋放濕度變形。 （4）施工后開(kāi)放交通方面，建議適當(dāng)延長(zhǎng)路面封閉時(shí)間，特別是高溫夏季施工。 由于路面板早齡期固化翹曲和應(yīng)力需要在徐變的持續(xù)緩慢長(zhǎng)期的作用下才能夠逐漸釋放，若過(guò)早通車(chē)，路面板內(nèi)殘留的翹曲和應(yīng)力量級(jí)較高， 疊加重載交通的作用后，更加容易使路面板產(chǎn)生早期斷板破壞。

表4 不同地區(qū)路面板溫度荷載推薦值

5 結(jié)論

采用影響線方法，基于路面板早齡期性狀分析理論，對(duì)環(huán)境荷載與交通荷載共同作用下典型水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為開(kāi)展研究， 結(jié)果表明：（1）早齡期性狀與長(zhǎng)期溫度場(chǎng)構(gòu)成的環(huán)境荷載作用下路面板存在翹曲與應(yīng)力， 與交通荷載耦合作用后， 路面板產(chǎn)生了與規(guī)范預(yù)期不同的應(yīng)力行為，臨界荷位、疲勞破壞位置均發(fā)生變化。 （2）面板向上翹曲與交通荷載共同作用時(shí)，臨界荷位是沿外側(cè)板邊且后軸中心在橫縫位置附近，多后軸型的貨車(chē)對(duì)路面影響最不利。 向下翹曲與交通荷載共同作用時(shí)，后單軸貨車(chē)的臨界荷位是沿板邊行駛至板邊中部位置，后雙軸和后三軸車(chē)輛的臨界荷位是沿外側(cè)板邊行駛過(guò)板中1 m 的位置。 （3）環(huán)境荷載與交通荷載具有耦合作用，共同作用下的綜合應(yīng)力扣除溫度應(yīng)力后的荷載應(yīng)力明顯高于交通荷載單獨(dú)分析下的應(yīng)力。 （4）對(duì)水泥混凝土路面疲勞破壞特性影響最為顯著的是面板的翹曲量級(jí)（環(huán)境荷載），其次是軸重、行車(chē)軌跡、面板厚度、接縫剛度、面板尺寸。 考慮早齡期性狀后， 路面板的疲勞損傷位置增加，且多發(fā)生自上而下的疲勞開(kāi)裂。 （5）建議路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析時(shí)，綜合考慮早齡期性狀的影響，采用有限元軟件分析環(huán)境荷載與交通荷載的共同作用，對(duì)于重載交通路段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮配置單層或雙層鋼筋網(wǎng)，且鋼筋網(wǎng)盡量靠近板頂表面。