水泥混凝土路面設(shè)計(jì)1水泥混凝土路面設(shè)計(jì)1目錄第一節(jié)概述第二節(jié)彈性地基板體系理論概述第三節(jié)水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析第五節(jié)水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)方法第六節(jié)水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì)

2目錄第一節(jié)概述2pA水泥混凝土路面設(shè)計(jì)課件pA水泥混凝土路面設(shè)計(jì)課件三、破壞狀態(tài)1、斷裂：板內(nèi)應(yīng)力超過(guò)砼強(qiáng)度，砼路面結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)產(chǎn)生原因：2、唧泥：車輛行經(jīng)接縫時(shí)，由縫內(nèi)噴射出稀泥漿的現(xiàn)象，原因5三、破壞狀態(tài)53、錯(cuò)臺(tái)：兩側(cè)（接縫或裂縫）面層板端部出現(xiàn)的高程差產(chǎn)生原因：唧泥4、接縫碎裂：臨近橫向和縱向接縫輸十厘米范圍內(nèi)，板邊緣砼的開(kāi)裂，斷裂或成碎塊，碎屑。產(chǎn)生原因：5、拱起：溫度升高，砼面板在熱膨脹受到約束時(shí)，橫縫兩側(cè)數(shù)塊板塊突然出現(xiàn)向上拱起的屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象，并出現(xiàn)板塊橫向斷裂。產(chǎn)生原因：63、錯(cuò)臺(tái)：兩側(cè)（接縫或裂縫）面層板端部出現(xiàn)的高程差6四、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)彈性地基板，縱縫邊緣中部在重復(fù)荷載（車輛荷載及溫度翹曲應(yīng)力）的反復(fù)作用下，路面板的破壞應(yīng)力要比極限彎拉強(qiáng)度小，即產(chǎn)生疲勞破壞。7四、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7五.水泥砼路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)容1．路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)2．砼面板厚度設(shè)計(jì)3．砼面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)4．路肩設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)5．普通砼路面的鋼筋配筋設(shè)計(jì)8五.水泥砼路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)容813.2彈性地基板體系理論概述一．小撓度薄板的基本假設(shè)：(1)砼板厚度遠(yuǎn)小于平面尺寸(2)撓度遠(yuǎn)小于厚度(3)工作在彈性階段“小撓度彈性薄板”理論913.2彈性地基板體系理論概述一．小撓度薄板的基本假（1）垂直于中面方向形變分量極其微小，可以忽略不計(jì)。故位移僅為平面函數(shù)，也就是說(shuō)，在中面的任意一根法線上，薄板全厚度范圍內(nèi)的各點(diǎn)都具有相同的位移。（2）垂直于中面的法線，在彎曲變形前后均保持為直線并垂直于中面，因而無(wú)橫向剪切應(yīng)變，即

※研究彈性小撓度薄板在垂直于中面的荷載的作用下的彎曲時(shí)，通常采用下述三項(xiàng)基本假設(shè)：10（1）垂直于中面方向形變分量極其微小，可以忽略不計(jì)?！芯浚?）中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移，即由假設(shè)（1）得：①由假設(shè)（2）得：

則：②

板的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系③（物理方程）11（3）中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移，即11由假設(shè)（3），②式得：則：

則：④此板的幾何方程表示為：⑤12由假設(shè)（3），②式得：12將物理方程③式改寫成應(yīng)力分量表達(dá)式，則：⑥由⑥可知，各項(xiàng)應(yīng)力分量均為z的函數(shù)，因此在厚度方向上截面上的力的和為零，并可分別合成單位寬度上的彎矩，扭矩和剪力，即：13將物理方程③式改寫成應(yīng)力分量表達(dá)式，13

⑦

⑧式中：1414經(jīng)過(guò)整理得出應(yīng)力分量與彎矩，扭矩，剪力之間的關(guān)系：

⑨15經(jīng)過(guò)整理得出應(yīng)力分量與彎矩，扭矩，剪力之間的關(guān)系：15當(dāng)z=h/2時(shí)，可得到板的最大應(yīng)力關(guān)系為：⑩16當(dāng)z=h/2時(shí)，可得到板的最大應(yīng)力關(guān)系為：16二．彈性曲面微分方程：根據(jù)薄板的基本假設(shè)及內(nèi)力與荷載的平衡條件可得分別寫出力矩的平衡方程，簡(jiǎn)化以后得：17二．彈性曲面微分方程：17寫出z方向的力的平衡方程，簡(jiǎn)化以后，略去微量，得：（11）代入（12）式：

將式（10）中的Mx，My，Mxy的表達(dá)式代入（13）得薄板彈性曲面微分方程18寫出z方向的力的平衡方程，簡(jiǎn)化以后，略去微量，得：18

w——板的撓度D——彎曲剛度h——板厚——板的彈性模量和泊松比當(dāng)板上作用荷載p及反力為q時(shí)，（14）式改寫為（15）求解出板的撓度w后，即可由（6）式求各應(yīng)力分量由（7）式求彎矩與扭矩。19w——板的撓度D——彎曲剛度19（15）式中兩個(gè)未知數(shù)：撓度w與反力q必須建立附加方程，將w，q聯(lián)系起來(lái)，才能與（15）式聯(lián)立求解w兩種地基模型不同的求解方法20（15）式中兩個(gè)未知數(shù)：撓度w與反力q2013.3水泥砼路面荷載應(yīng)力分析一．Winkler地基板的荷載應(yīng)力分析：地基反力q（x,y）與該點(diǎn)撓度w(x,y)的關(guān)系式：q(x,y)=kq(x,y)k——地基反應(yīng)模量MPa/m32113.3水泥砼路面荷載應(yīng)力分析一．Winkler地基板1）文克勒地基模型：Winkler地基模型/稠密液體地基假定：土基頂面任一點(diǎn)的彎沉w僅同作用于該點(diǎn)的垂直壓力p成正比，而與其他相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。壓力p與彎沉w之比即稱為地基反應(yīng)模量k。由：k=p/w→q(x,y)=kW(x,y)221）文克勒地基模型：Winkler地基模型/稠密液體地基222）彈性半空間地基模型：該地基被看作是均質(zhì)的半無(wú)限連續(xù)介質(zhì)。地基頂面任一點(diǎn)的撓度不僅同作用于該點(diǎn)的壓力，也同頂面其它點(diǎn)上的壓力有關(guān)，即：q(x,y)=f［Ｗ(x,y)］。這種地基模型有時(shí)也稱作彈性半無(wú)限或彈性固體地基模型，采用彈性模量和泊桑比來(lái)表征其彈性性質(zhì)。任一點(diǎn)的撓度W為：232）彈性半空間地基模型：23※為了求解彈性地基板的應(yīng)力，除了彈性小撓度薄板的基本假設(shè)外，補(bǔ)充板與地基之間的假設(shè)：（1）變形過(guò)程中，板與地基始終緊密接觸，與地基頂面垂直；（2）板與地基接觸面上無(wú)摩擦阻力，即層間水平剪力為零。將溫克爾地基模型中反力與位移關(guān)系q=kx，或者彈性地基板模型中反力與位移關(guān)系q=f[w(x,y)]帶入彈性地基板微分方程，求解出砼板在荷載作用下的彎拉應(yīng)力。24※為了求解彈性地基板的應(yīng)力，除了彈性小撓度薄板的基本假13.4水泥砼路面溫度應(yīng)力分析一．脹縮應(yīng)力：假定溫度均勻分布

①——板縱向與橫向應(yīng)變——板縱向與橫向溫度應(yīng)力MPa——砼線性膨脹系數(shù)，約為1×10－5——板溫差2513.4水泥砼路面溫度應(yīng)力分析一．脹縮應(yīng)力：假定溫度在板中部，受到約束：則面板脹縮完全受阻時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力為：②對(duì)于板邊緣中部或窄長(zhǎng)板，固定區(qū)無(wú)位移發(fā)生，即：則：③26在板中部，受到約束：26為了減少收縮應(yīng)力，將砼板劃分為有限尺寸的板塊，這時(shí)板的收縮受到板與基礎(chǔ)的摩阻力的約束，板內(nèi)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在板長(zhǎng)的中央，其值可近似按下式計(jì)算：27為了減少收縮應(yīng)力，將砼板劃分為有限尺寸的板塊，這時(shí)板的收縮受二．翹曲應(yīng)力：溫度分布為隨深度z而變化的函數(shù)，Tz＝f（z），溫度分布不均勻。威斯特卡德，對(duì)文克勒地基假設(shè)：（1）溫度沿板斷面呈直線變化（2）板與地基始終保持接觸（3）不計(jì)板自重推導(dǎo)板僅受地基約束時(shí)翹曲應(yīng)力：28二．翹曲應(yīng)力：28有限尺寸矩形板，板長(zhǎng)（L）和板寬（B）方向翹曲應(yīng)力：29有限尺寸矩形板，板長(zhǎng)（L）和板寬（B）方向翹曲應(yīng)力：29最大翹曲應(yīng)力：通常在板中心位置，或板邊緣中間位置，即板邊緣中點(diǎn)：當(dāng)x＝0，當(dāng)y＝0或考慮溫度的非線性分布：板中部：——溫度應(yīng)力系數(shù)板邊緣中點(diǎn)：30最大翹曲應(yīng)力：通常在板中心位置，3013.5水泥砼路面（板厚）設(shè)計(jì)方法（一）設(shè)計(jì)參數(shù)⒈標(biāo)準(zhǔn)軸載于換算軸載:標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100同瀝青路面按等效疲勞損傷原則換算:(采用疲勞斷裂為標(biāo)準(zhǔn)建立疲勞方程推導(dǎo)換算公式)3113.5水泥砼路面（板厚）設(shè)計(jì)方法（一）設(shè)計(jì)參數(shù)312.設(shè)計(jì)車道使用初期的年平均日交通量：雙向交通量×方向分配系數(shù)×車道分配系數(shù)1）交通量方向分配系數(shù)：一般可取0.5。2）交通量車道分配系數(shù)：查下表單向車道數(shù)

1

2

3

≥4

車道分配系數(shù)

1.0

0.8~1.0

0.6~0.8

0.5~0.75

322.設(shè)計(jì)車道使用初期的年平均日交通量：?jiǎn)蜗蜍嚨罃?shù)1233．交通分級(jí)設(shè)計(jì)使用年限333．交通分級(jí)設(shè)計(jì)使用年限334、標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)NeNe—標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；t—設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；gr—交通量年平均增長(zhǎng)率；η—臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，按下表選用。公路等級(jí)

縱縫邊緣處

高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站

0.17～0.22

行車道寬>7m

0.34～O.39

二級(jí)及二級(jí)以下公路

行車道寬≤7m

O．54～0.62

5、確定交通等級(jí)參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》3.0.5344、標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、（二）結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1、路基的處理（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.1.3）p4782、確定基層的材料與厚度p476,4771）確定基層的材料（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.2）表16-192）確定基層的厚度（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.5）表16-193）確定基層的寬度（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.4）35（二）結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1、路基的處理（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)3、底基層（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.7）4、普通水泥混凝土面層p476(表16-16~17)1）初擬普通水泥混凝土面層的厚度（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.4.6）2）確定普通水泥混凝土面層板的寬度及長(zhǎng)度；（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.4.3、4.4.5、4.4.6、4.5.3）363、底基層（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-（三）混凝土面板混凝土路面板應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，表面平整、耐磨和抗滑；板的橫斷面一般采用等厚式?；炷谅访姘宓暮穸龋捎?jì)算確定，初步估算時(shí)，可參考表16-17所列的經(jīng)驗(yàn)厚度，其最小厚度為18cm。面層板的長(zhǎng)寬比不得超過(guò)1.30，平面尺寸不宜大于25m2.為了減小溫度應(yīng)力，常把混凝土面板劃分成有限尺寸的矩形板?？v橫縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位。板寬（縱縫間距）：3.0～4.5m板長(zhǎng)（橫縫間距）：4～６m

37（三）混凝土面板混凝土路面板應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，表面平整、耐磨（四）材料設(shè)計(jì)參數(shù)的擬定1）土基的回彈模量（參見(jiàn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-97》6.1.5）或直接參考水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄F來(lái)選值。（1）用臨界高度法判斷路基的干濕類型（2）擬定土的平均稠度（參見(jiàn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-97》6.1.2-1）（3）預(yù)測(cè)土基回彈模量（參見(jiàn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-97》表E2）38（四）材料設(shè)計(jì)參數(shù)的擬定1）土基的回彈模量（參見(jiàn)《公路瀝青路2）基層回彈模量（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》F.2）3）面層（1）面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG表D40-2002》3.0.6）（2）面層的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》F.3）392）基層回彈模量（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD4）基層頂面的當(dāng)量回彈模量:（a）新建公路的基層頂面模量值:

當(dāng)?shù)谆鶎优c墊層同時(shí)存在,先將這兩層折算成具有當(dāng)量回彈模量和當(dāng)量厚度的單一層,然后與基層一起進(jìn)行上述計(jì)算過(guò)程,若無(wú)底基層與墊層,上述公式中對(duì)應(yīng)的厚度和模量以零值代入.404）基層頂面的當(dāng)量回彈模量:當(dāng)?shù)谆鶎优c墊層同時(shí)存在,先將這兩（b）原有路面的頂面當(dāng)量回彈模量值原有路面加鋪水泥砼路面,通過(guò)承載板試驗(yàn)或彎沉測(cè)定法測(cè)定原路面頂面的當(dāng)量回彈模量;若用汽車實(shí)測(cè),按瀝青路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中計(jì)算回彈彎沉方法;

注:新建水泥砼路面下必須設(shè)置最小厚度為0.15～0.20m的墊層與基層.41（b）原有路面的頂面當(dāng)量回彈模量值41σpr—標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力(MPa)kr—考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫時(shí)，kr=0.87～0.92(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時(shí)，kr=1.0；縱縫為設(shè)拉桿的企口縫時(shí)，kr=0.76～0.84；kf—考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)kc—考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，按公路等級(jí)查規(guī)范確定。（五）荷載疲勞應(yīng)力1.荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算42σpr—標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力(MPa2.荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf求kf—設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)；Ne—設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)ν—與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土，ν=0.057；碾壓混凝土和貧混凝土，ν=0.065。Kf=Nev432.荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf求kf—設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力3.計(jì)算σps標(biāo)準(zhǔn)軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力(MPa)r—混凝土板的相對(duì)剛度半徑(m)h—混凝土板的厚度(m)；Ec—水泥混凝土的彎拉彈性模量(MPa)；Et—基層頂面當(dāng)量回彈模量(MPa)

443.計(jì)算σps標(biāo)準(zhǔn)軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)（六）溫度疲勞應(yīng)力45（六）溫度疲勞應(yīng)力45**最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力σtm46**最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力σtm46**計(jì)算Bx47**計(jì)算Bx47我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法與步驟1.可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)48我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法與步驟1.可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)48※目標(biāo)可靠度:設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的可靠度水平.(選取是一個(gè)工程經(jīng)濟(jì)問(wèn)題)※通常采用”校準(zhǔn)法”來(lái)確定目標(biāo)可靠度,是對(duì)按原設(shè)計(jì)規(guī)范或方法設(shè)計(jì)的已有路面進(jìn)行隱含可靠度的分析,參照隱含可靠度制定目標(biāo)可靠度,則設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)接納了以往的工程設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn),包含了原有設(shè)計(jì)相等的可接受性和經(jīng)濟(jì)合理性.49※目標(biāo)可靠度:設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的可靠度水平.(選取是一個(gè)工路面結(jié)構(gòu)可靠度:在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,路面使用性能滿預(yù)定水平要求的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：------砼彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值表達(dá)為:在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),在規(guī)定的交通和環(huán)境條件下,行車荷載疲勞應(yīng)力和溫度梯度疲勞應(yīng)力的總和不超過(guò)砼彎拉強(qiáng)度的概率可靠度系數(shù)

50路面結(jié)構(gòu)可靠度:在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,路面使用性能2.設(shè)計(jì)步驟

6）根據(jù)極限狀態(tài)表達(dá)式判斷初擬厚度是否滿足要求,滿足則完成7）若不滿足則重新擬定路面結(jié)構(gòu)重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程512.設(shè)計(jì)步驟513.設(shè)計(jì)結(jié)果γr——可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標(biāo)可靠度及變異水平等級(jí)確定σpr——行車荷載疲勞應(yīng)力（MPa)σtr——溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa)fr——水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）rtrrprf￡+)(ssg523.設(shè)計(jì)結(jié)果γr——可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標(biāo)可靠度及變異4.接縫設(shè)計(jì)1、縱向接縫（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》5.1）縱縫間距:3~4.5m2、橫向接縫（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》5.2）橫縫間距:4~6m534.接縫設(shè)計(jì)1、縱向接縫（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范縱橫縫布置圖54縱橫縫布置圖54水泥混凝土路面設(shè)計(jì)55水泥混凝土路面設(shè)計(jì)1目錄第一節(jié)概述第二節(jié)彈性地基板體系理論概述第三節(jié)水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析第五節(jié)水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)方法第六節(jié)水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì)

56目錄第一節(jié)概述2pA水泥混凝土路面設(shè)計(jì)課件pA水泥混凝土路面設(shè)計(jì)課件三、破壞狀態(tài)1、斷裂：板內(nèi)應(yīng)力超過(guò)砼強(qiáng)度，砼路面結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)產(chǎn)生原因：2、唧泥：車輛行經(jīng)接縫時(shí)，由縫內(nèi)噴射出稀泥漿的現(xiàn)象，原因59三、破壞狀態(tài)53、錯(cuò)臺(tái)：兩側(cè)（接縫或裂縫）面層板端部出現(xiàn)的高程差產(chǎn)生原因：唧泥4、接縫碎裂：臨近橫向和縱向接縫輸十厘米范圍內(nèi)，板邊緣砼的開(kāi)裂，斷裂或成碎塊，碎屑。產(chǎn)生原因：5、拱起：溫度升高，砼面板在熱膨脹受到約束時(shí)，橫縫兩側(cè)數(shù)塊板塊突然出現(xiàn)向上拱起的屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象，并出現(xiàn)板塊橫向斷裂。產(chǎn)生原因：603、錯(cuò)臺(tái)：兩側(cè)（接縫或裂縫）面層板端部出現(xiàn)的高程差6四、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)彈性地基板，縱縫邊緣中部在重復(fù)荷載（車輛荷載及溫度翹曲應(yīng)力）的反復(fù)作用下，路面板的破壞應(yīng)力要比極限彎拉強(qiáng)度小，即產(chǎn)生疲勞破壞。61四、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7五.水泥砼路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)容1．路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)2．砼面板厚度設(shè)計(jì)3．砼面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)4．路肩設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)5．普通砼路面的鋼筋配筋設(shè)計(jì)62五.水泥砼路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)容813.2彈性地基板體系理論概述一．小撓度薄板的基本假設(shè)：(1)砼板厚度遠(yuǎn)小于平面尺寸(2)撓度遠(yuǎn)小于厚度(3)工作在彈性階段“小撓度彈性薄板”理論6313.2彈性地基板體系理論概述一．小撓度薄板的基本假（1）垂直于中面方向形變分量極其微小，可以忽略不計(jì)。故位移僅為平面函數(shù)，也就是說(shuō)，在中面的任意一根法線上，薄板全厚度范圍內(nèi)的各點(diǎn)都具有相同的位移。（2）垂直于中面的法線，在彎曲變形前后均保持為直線并垂直于中面，因而無(wú)橫向剪切應(yīng)變，即

※研究彈性小撓度薄板在垂直于中面的荷載的作用下的彎曲時(shí)，通常采用下述三項(xiàng)基本假設(shè)：64（1）垂直于中面方向形變分量極其微小，可以忽略不計(jì)。※研究（3）中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移，即由假設(shè)（1）得：①由假設(shè)（2）得：

則：②

板的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系③（物理方程）65（3）中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移，即11由假設(shè)（3），②式得：則：

則：④此板的幾何方程表示為：⑤66由假設(shè)（3），②式得：12將物理方程③式改寫成應(yīng)力分量表達(dá)式，則：⑥由⑥可知，各項(xiàng)應(yīng)力分量均為z的函數(shù)，因此在厚度方向上截面上的力的和為零，并可分別合成單位寬度上的彎矩，扭矩和剪力，即：67將物理方程③式改寫成應(yīng)力分量表達(dá)式，13

⑦

⑧式中：6814經(jīng)過(guò)整理得出應(yīng)力分量與彎矩，扭矩，剪力之間的關(guān)系：

⑨69經(jīng)過(guò)整理得出應(yīng)力分量與彎矩，扭矩，剪力之間的關(guān)系：15當(dāng)z=h/2時(shí)，可得到板的最大應(yīng)力關(guān)系為：⑩70當(dāng)z=h/2時(shí)，可得到板的最大應(yīng)力關(guān)系為：16二．彈性曲面微分方程：根據(jù)薄板的基本假設(shè)及內(nèi)力與荷載的平衡條件可得分別寫出力矩的平衡方程，簡(jiǎn)化以后得：71二．彈性曲面微分方程：17寫出z方向的力的平衡方程，簡(jiǎn)化以后，略去微量，得：（11）代入（12）式：

將式（10）中的Mx，My，Mxy的表達(dá)式代入（13）得薄板彈性曲面微分方程72寫出z方向的力的平衡方程，簡(jiǎn)化以后，略去微量，得：18

w——板的撓度D——彎曲剛度h——板厚——板的彈性模量和泊松比當(dāng)板上作用荷載p及反力為q時(shí)，（14）式改寫為（15）求解出板的撓度w后，即可由（6）式求各應(yīng)力分量由（7）式求彎矩與扭矩。73w——板的撓度D——彎曲剛度19（15）式中兩個(gè)未知數(shù)：撓度w與反力q必須建立附加方程，將w，q聯(lián)系起來(lái)，才能與（15）式聯(lián)立求解w兩種地基模型不同的求解方法74（15）式中兩個(gè)未知數(shù)：撓度w與反力q2013.3水泥砼路面荷載應(yīng)力分析一．Winkler地基板的荷載應(yīng)力分析：地基反力q（x,y）與該點(diǎn)撓度w(x,y)的關(guān)系式：q(x,y)=kq(x,y)k——地基反應(yīng)模量MPa/m37513.3水泥砼路面荷載應(yīng)力分析一．Winkler地基板1）文克勒地基模型：Winkler地基模型/稠密液體地基假定：土基頂面任一點(diǎn)的彎沉w僅同作用于該點(diǎn)的垂直壓力p成正比，而與其他相鄰點(diǎn)處的壓力無(wú)關(guān)。壓力p與彎沉w之比即稱為地基反應(yīng)模量k。由：k=p/w→q(x,y)=kW(x,y)761）文克勒地基模型：Winkler地基模型/稠密液體地基222）彈性半空間地基模型：該地基被看作是均質(zhì)的半無(wú)限連續(xù)介質(zhì)。地基頂面任一點(diǎn)的撓度不僅同作用于該點(diǎn)的壓力，也同頂面其它點(diǎn)上的壓力有關(guān)，即：q(x,y)=f［Ｗ(x,y)］。這種地基模型有時(shí)也稱作彈性半無(wú)限或彈性固體地基模型，采用彈性模量和泊桑比來(lái)表征其彈性性質(zhì)。任一點(diǎn)的撓度W為：772）彈性半空間地基模型：23※為了求解彈性地基板的應(yīng)力，除了彈性小撓度薄板的基本假設(shè)外，補(bǔ)充板與地基之間的假設(shè)：（1）變形過(guò)程中，板與地基始終緊密接觸，與地基頂面垂直；（2）板與地基接觸面上無(wú)摩擦阻力，即層間水平剪力為零。將溫克爾地基模型中反力與位移關(guān)系q=kx，或者彈性地基板模型中反力與位移關(guān)系q=f[w(x,y)]帶入彈性地基板微分方程，求解出砼板在荷載作用下的彎拉應(yīng)力。78※為了求解彈性地基板的應(yīng)力，除了彈性小撓度薄板的基本假13.4水泥砼路面溫度應(yīng)力分析一．脹縮應(yīng)力：假定溫度均勻分布

①——板縱向與橫向應(yīng)變——板縱向與橫向溫度應(yīng)力MPa——砼線性膨脹系數(shù)，約為1×10－5——板溫差7913.4水泥砼路面溫度應(yīng)力分析一．脹縮應(yīng)力：假定溫度在板中部，受到約束：則面板脹縮完全受阻時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力為：②對(duì)于板邊緣中部或窄長(zhǎng)板，固定區(qū)無(wú)位移發(fā)生，即：則：③80在板中部，受到約束：26為了減少收縮應(yīng)力，將砼板劃分為有限尺寸的板塊，這時(shí)板的收縮受到板與基礎(chǔ)的摩阻力的約束，板內(nèi)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在板長(zhǎng)的中央，其值可近似按下式計(jì)算：81為了減少收縮應(yīng)力，將砼板劃分為有限尺寸的板塊，這時(shí)板的收縮受二．翹曲應(yīng)力：溫度分布為隨深度z而變化的函數(shù)，Tz＝f（z），溫度分布不均勻。威斯特卡德，對(duì)文克勒地基假設(shè)：（1）溫度沿板斷面呈直線變化（2）板與地基始終保持接觸（3）不計(jì)板自重推導(dǎo)板僅受地基約束時(shí)翹曲應(yīng)力：82二．翹曲應(yīng)力：28有限尺寸矩形板，板長(zhǎng)（L）和板寬（B）方向翹曲應(yīng)力：83有限尺寸矩形板，板長(zhǎng)（L）和板寬（B）方向翹曲應(yīng)力：29最大翹曲應(yīng)力：通常在板中心位置，或板邊緣中間位置，即板邊緣中點(diǎn)：當(dāng)x＝0，當(dāng)y＝0或考慮溫度的非線性分布：板中部：——溫度應(yīng)力系數(shù)板邊緣中點(diǎn)：84最大翹曲應(yīng)力：通常在板中心位置，3013.5水泥砼路面（板厚）設(shè)計(jì)方法（一）設(shè)計(jì)參數(shù)⒈標(biāo)準(zhǔn)軸載于換算軸載:標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100同瀝青路面按等效疲勞損傷原則換算:(采用疲勞斷裂為標(biāo)準(zhǔn)建立疲勞方程推導(dǎo)換算公式)8513.5水泥砼路面（板厚）設(shè)計(jì)方法（一）設(shè)計(jì)參數(shù)312.設(shè)計(jì)車道使用初期的年平均日交通量：雙向交通量×方向分配系數(shù)×車道分配系數(shù)1）交通量方向分配系數(shù)：一般可取0.5。2）交通量車道分配系數(shù)：查下表單向車道數(shù)

1

2

3

≥4

車道分配系數(shù)

1.0

0.8~1.0

0.6~0.8

0.5~0.75

862.設(shè)計(jì)車道使用初期的年平均日交通量：?jiǎn)蜗蜍嚨罃?shù)1233．交通分級(jí)設(shè)計(jì)使用年限873．交通分級(jí)設(shè)計(jì)使用年限334、標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)NeNe—標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；t—設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；gr—交通量年平均增長(zhǎng)率；η—臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，按下表選用。公路等級(jí)

縱縫邊緣處

高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站

0.17～0.22

行車道寬>7m

0.34～O.39

二級(jí)及二級(jí)以下公路

行車道寬≤7m

O．54～0.62

5、確定交通等級(jí)參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》3.0.5884、標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、（二）結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1、路基的處理（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.1.3）p4782、確定基層的材料與厚度p476,4771）確定基層的材料（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.2）表16-192）確定基層的厚度（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.5）表16-193）確定基層的寬度（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.4）89（二）結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1、路基的處理（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)3、底基層（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.3.7）4、普通水泥混凝土面層p476(表16-16~17)1）初擬普通水泥混凝土面層的厚度（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.4.6）2）確定普通水泥混凝土面層板的寬度及長(zhǎng)度；（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》4.4.3、4.4.5、4.4.6、4.5.3）903、底基層（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-（三）混凝土面板混凝土路面板應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，表面平整、耐磨和抗滑；板的橫斷面一般采用等厚式?；炷谅访姘宓暮穸?，由計(jì)算確定，初步估算時(shí)，可參考表16-17所列的經(jīng)驗(yàn)厚度，其最小厚度為18cm。面層板的長(zhǎng)寬比不得超過(guò)1.30，平面尺寸不宜大于25m2.為了減小溫度應(yīng)力，常把混凝土面板劃分成有限尺寸的矩形板?？v橫縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位。板寬（縱縫間距）：3.0～4.5m板長(zhǎng)（橫縫間距）：4～６m

91（三）混凝土面板混凝土路面板應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，表面平整、耐磨（四）材料設(shè)計(jì)參數(shù)的擬定1）土基的回彈模量（參見(jiàn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-97》6.1.5）或直接參考水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄F來(lái)選值。（1）用臨界高度法判斷路基的干濕類型（2）擬定土的平均稠度（參見(jiàn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-97》6.1.2-1）（3）預(yù)測(cè)土基回彈模量（參見(jiàn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-97》表E2）92（四）材料設(shè)計(jì)參數(shù)的擬定1）土基的回彈模量（參見(jiàn)《公路瀝青路2）基層回彈模量（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》F.2）3）面層（1）面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG表D40-2002》3.0.6）（2）面層的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2002》F.3）932）基層回彈模量（參見(jiàn)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD4）基層頂面的當(dāng)量回彈模量:（a）新建公路的基層頂面模量值:

當(dāng)?shù)谆鶎优c墊層同時(shí)存在,先將這兩層折算成具有當(dāng)量回彈模量和當(dāng)量厚度的單一層,然后與基層一起進(jìn)行上述計(jì)算過(guò)程,若無(wú)底基層與墊層,上述公式中對(duì)應(yīng)的厚度和模量以零值代入.944）基層頂面的當(dāng)量回彈模量:當(dāng)?shù)谆鶎优c墊層同時(shí)存在,先將這兩（b）原有路面的頂面當(dāng)量回彈模量值原有路面加鋪水泥砼路面,通過(guò)承載板試驗(yàn)或彎沉測(cè)定法測(cè)定原路面頂面的當(dāng)量回彈模量;若用汽車實(shí)測(cè),按瀝青路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中計(jì)算回彈彎沉方