1、第十三章,水泥混凝土路面設(shè)計(jì) Cement Concrete Pavement Design,河南城建學(xué)院交通工程系 尹振羽主要內(nèi)容,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述 第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論 第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析 第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度 第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù) 第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法 第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,1）水泥路面的力學(xué)特征 混凝土的強(qiáng)度及模量遠(yuǎn)大于基層和土基強(qiáng)度和模量； 水泥混凝土本身的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗折強(qiáng)度； 板塊厚度相對于平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的撓度（豎向位移）很??； 混凝土板在自然條件下，存在沿

2、板厚方向的溫度梯度，會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如受到約束，會(huì)在板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力； 荷載重復(fù)作用，溫度梯度反復(fù)變化，混凝土板出現(xiàn)疲勞破壞。,1、水泥混凝土路面的力學(xué)及工作特點(diǎn),第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,2）水泥混凝土路面的力學(xué)模式 彈性地基上的小撓度薄板模型 彈性地基：因?yàn)榛炷涟逑碌幕鶎优c土基的應(yīng)力應(yīng)變很小，不超過材料的彈性區(qū)域 彈性板：因?yàn)榘宓哪Ａ扛撸瑧?yīng)力承受能力強(qiáng)，一般受力不超過彈性比例極限應(yīng)力，撓度與板厚相比很小。 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論：彈性地基上的小撓度薄板理論,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,1、水泥混凝土路面的力學(xué)及工作特點(diǎn),3）水泥混凝土路面的工作及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 抗彎拉強(qiáng)度低于抗壓強(qiáng)度，決定路面板

3、厚度的強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)是抗彎拉強(qiáng)度； 車輪荷載作用主要的影響是疲勞效應(yīng)； 溫度差造成板有內(nèi)應(yīng)力，出現(xiàn)翹曲變形及翹曲應(yīng)力，也有疲勞特性； 板的使用還受限于支承條件，不均勻支承及板底脫空對板內(nèi)應(yīng)力的分布影響極大。,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,1、水泥混凝土路面的力學(xué)及工作特點(diǎn),唧泥,1）水泥路面的主要破壞類型 斷裂 唧泥 錯(cuò)臺(tái) 拱起 接縫擠碎,2、水泥路面的主要破壞類型與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,板塊斷裂、破碎,錯(cuò)臺(tái),拱起,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,2）水泥路面的荷載作用 重載作用,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,2）水泥路面的荷載作用 重載作用,3）水泥路面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)承載能力 控制板不出現(xiàn)斷

4、裂，要求荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的疲勞綜合作用滿足材料的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度： 即： 行駛舒適性 控制錯(cuò)臺(tái)量，要求設(shè)置傳力桿（基層及結(jié)構(gòu)布置滿足） 穩(wěn)定耐久性 控制唧泥與拱脹，要求基層水穩(wěn)定性好，板與基層聯(lián)結(jié)。,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,1）路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)； 2）混凝土路面板厚度設(shè)計(jì)； 3）混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì) 4）路肩設(shè)計(jì)； 5）混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì),3、水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,1）水泥路面的標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算,4、水泥路面的軸載換算與交通分級,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,單軸雙輪組100kN,第一節(jié) 水泥路面設(shè)計(jì)概述,2）水泥路面的交通等級劃分及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期

5、,薄板：板厚度h遠(yuǎn)小于板中面的最小邊尺寸b(如b/8b/5)的板稱為薄板； 中面：平分板厚度h的平面； 彈性曲面：薄板彎曲時(shí)，中面所彎成的曲面； 撓度：中面內(nèi)各點(diǎn)在橫向的(即垂直于中面方向的)位移； 小撓度彈性薄板：當(dāng)板彎曲時(shí)因具有相當(dāng)?shù)膹澢鷦偠?，中間彈性曲面所產(chǎn)生的撓度遠(yuǎn)小于板厚度的彈性薄板即稱為小撓度彈性薄板； 小撓度彈性薄板的基本假設(shè)： 研究彈性地基上無限大板時(shí)，以彈性薄板小撓度問題為力學(xué)模型描述板體，在彈性力學(xué)理論中，對此有以下三點(diǎn)假設(shè)： （1）中面的法線上各點(diǎn)形變分量極其微小，可以忽略不計(jì)； （2）中面的法線在板彎曲前后保持直線且垂直于中面，即：zx=zy =0 （3）中面上各點(diǎn)無平

6、行于中面的位移，即：（U）z=0=（V）z=0 =0,5、小撓度彈性薄板假設(shè),第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,假設(shè)（1）：垂直于中面方向形變分量極其微小，可以略去不計(jì)；,即：中面的任意一根法線上，薄板全厚度內(nèi)的所有點(diǎn)均具有相同的撓度,假設(shè)（2）：垂直于中面的法線，在彎曲變形前后均保持直線，并垂直于中面，無橫向剪切應(yīng)變,假設(shè)（3）：薄板中面內(nèi)的各點(diǎn)都沒有平行于中面的位移,第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,6、三點(diǎn)假設(shè)的結(jié)論,完全接觸假設(shè)：始終接觸吻合，且可自由滑動(dòng)（是在剛度差異大、板平面變形微小情況下的近似），即接觸面不脫空且剪應(yīng)力視為零。 沒有摩擦假設(shè)：板和地基之間沒有摩擦，可以自由活動(dòng)。,7、

7、板與地基接觸的假設(shè),第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,8、地基模型假定,彈性半空間地基假定； 文克勒地基假設(shè)。,1）幾何方程：,2）物理方程：（用撓度表示）,3）平衡微分方程：,第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,9、彈性曲面的微分方程,第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,9、彈性曲面的微分方程,4）薄板截面上的彎矩、扭矩和剪力,第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,一個(gè)方程，兩個(gè)未知數(shù)，要求解方程，必須建立地基反力與薄板撓度間的關(guān)系，因此，必須對地基變形進(jìn)行假設(shè)。,5）砼路面薄板的彈性曲面微分方程,第二節(jié) 水泥路面彈性地基板理論,9、彈性曲面的微分方程,寫出z方向的力的平衡方程，簡化以后，略去微量，得到：,

8、1）文克勒地基 以反應(yīng)模量K表征的彈性地基，它假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力僅同該點(diǎn)的撓度成正比，而與其他點(diǎn)無關(guān)，即地基相當(dāng)于由互不相聯(lián)系的彈簧組成，它因首先由捷克工程師文克勒提出而得名，也稱為K地基、彈簧地基。,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,1、文克勒地基板荷載應(yīng)力分析（威氏公式）了解,2）三個(gè)車輪荷位,3）最大彎拉應(yīng)力位置,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,荷載中心處板底； 荷位下板底； 板表面距板角點(diǎn)x1的分角線上,板中荷位：,板邊荷位,板角荷位,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,4）威斯特卡德早期應(yīng)力計(jì)算公式,角隅修正,威氏公式是理論推導(dǎo)得來的，與實(shí)際情況有出入。美國1930年在阿靈頓進(jìn)行了試驗(yàn)路，對公式進(jìn)

9、行了修正。,板體與地基緊密接觸時(shí)，不修正，理論值近似于實(shí)測值； 板底脫空時(shí)，實(shí)測比計(jì)算大30%50%，需修正，Kelly提出板角修正式:,板邊修正,板與地基保持接觸時(shí)，不修正；而與地基脫空時(shí)，Kelly修正式 ：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,5）威斯特卡德公式的試驗(yàn)修正公式,板中修正,實(shí)測板中應(yīng)力小于理論值，說明地基不完全符合文克勒地基的假定；,文克勒地基計(jì)算結(jié)果與地基的承載能力的取值有關(guān),應(yīng)力表達(dá)通式,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,5）威斯特卡德公式的試驗(yàn)修正公式,1）彈性半空間地基 是以彈性模量和泊松比表征的彈性地基，假設(shè)地基為一各向同性的彈性半無限體，在荷載作用下其頂面上任一點(diǎn)的撓度不僅同

10、該點(diǎn)的壓力有關(guān)，也同其它各點(diǎn)的壓力有關(guān)。,根據(jù)Hogg理論：無限大圓板上作用軸對稱豎向荷載q(r)時(shí)，豎向位移表達(dá)式：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,2、彈性半空間體地基板的荷載應(yīng)力分析*了解,軸對稱條件下的徑向、切向彎矩表達(dá)式,荷載在板中時(shí)，圓形均布荷載下，板在單位寬度內(nèi)產(chǎn)生的最大彎矩：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,2）彈性半空間地基上薄板的理論解,荷載圓離計(jì)算點(diǎn)一定距離時(shí)，可將其視為作用在圓心的集中力，其彎矩解：,經(jīng)過計(jì)算，形成表格，查表16-5和表16-6。,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,2）彈性半空間地基上薄板的理論解,對于單后軸汽車：,對于多軸汽車：一般取荷載最大的輪跡中心作為計(jì)算點(diǎn)。,

11、第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,3）多輪荷載作用下板的應(yīng)力計(jì)算,彈性半空間地基有限尺寸板，荷載作用在板邊、板角時(shí)（上述計(jì)算荷載在板中，且認(rèn)為板尺寸遠(yuǎn)大于荷載尺寸）； 彈性地基上有限尺寸板的解答； 規(guī)范中設(shè)計(jì)方法給出的計(jì)算諾模圖采用了有限元計(jì)算方法，有限元計(jì)算方法是一種數(shù)值方法。,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,4）彈性半空間地基有限尺寸板,1）水泥混凝土路面荷載應(yīng)力的有限元分析特點(diǎn),第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,3、水泥路面板的荷載應(yīng)力有限元分析,可以按板塊的實(shí)際大小求解有限尺寸板，從而消除無限大半的假設(shè)所帶來的誤差； 可以考慮各種荷載狀況（包括荷載組合和荷載位置）； 可以考慮板的實(shí)際邊界條件，如接縫的

12、傳荷能力、板和地基的脫空。 可以得到整個(gè)板體的應(yīng)力和位移場，從而全面了解板的受力。,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,2）水泥混凝土路面荷載應(yīng)力的有限元分析結(jié)果,1）上下層完全分離,2）上下層完全結(jié)合,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,4、彈性地基雙層板的荷載應(yīng)力分析,1）脹縮應(yīng)力：溫度均勻變化時(shí)產(chǎn)生 2）無限大板的翹曲應(yīng)力,板內(nèi)任一點(diǎn)在溫差影響下的應(yīng)變：,板中部受到地基摩阻力作用，板中心點(diǎn)不產(chǎn)生平面位移，x=y=0，因此：,板縱向邊緣中部或窄長板，x= 0，y=0，因此 ：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,5、水泥混凝土路面的溫度應(yīng)力分析,當(dāng)氣溫變化較快時(shí)，由于混凝土板導(dǎo)熱性能差，在板內(nèi)產(chǎn)生溫度差，當(dāng)氣溫升

13、高時(shí)板中部有隆起趨勢，當(dāng)氣溫降低時(shí)板邊緣和角隅有翹起趨勢。由于板的自重、地基反力和相鄰板的約束作用，使部分翹曲變形受阻，從而使板內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力即稱為水泥混凝土板的翹曲應(yīng)力。 威斯特卡德對文克勒地基的作進(jìn)一步假定來計(jì)算溫度應(yīng)力：1) 溫度沿板斷面呈線性變化；2） 板與地基始終保持接觸；3）不計(jì)板自重。 有限尺寸板，沿板長和板寬方向上的翹曲應(yīng)力解答（板長L，板寬B）：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,3）有限尺寸板的翹曲應(yīng)力,板邊中點(diǎn)：,彈性半空間體地基時(shí)：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,4）溫度線性分布時(shí)翹曲應(yīng)力,溫度沿板斷面呈線性變化,對于較厚的板，采用溫度沿板斷面呈直線分布的假設(shè)，即按板頂和

14、板底的溫度差確定的溫度梯度計(jì)算的溫度翹曲應(yīng)力，會(huì)得到偏大的溫度翹曲應(yīng)力值。為此，應(yīng)考慮由于溫度的非線性分布而引起的內(nèi)應(yīng)力。我國規(guī)范的溫度應(yīng)力計(jì)算：,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,5）溫度非線性分布時(shí)翹曲應(yīng)力計(jì)算,第三節(jié) 水泥路面的應(yīng)力分析,5）溫度非線性分布時(shí)翹曲應(yīng)力計(jì)算,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度了解,1、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。 2、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類 （1）承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力，出現(xiàn)疲勞破壞或不適于繼續(xù)承載的變形。 （2）正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性

15、能的某項(xiàng)規(guī)定限值。,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,3、結(jié)構(gòu)可靠性的含義 結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期)內(nèi)、規(guī)定條件下(正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù))完成預(yù)定功能的能力。 其功能要求為: (1)安全性 ； (2)適用性； (3)耐久性。 當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過承載能力極限狀態(tài)，就可能產(chǎn)生以下后果（1）由于材料強(qiáng)度不夠而破壞，或因疲勞而破壞；（2）產(chǎn)生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。超過這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件就不能滿足其預(yù)定的安全性要求。,結(jié)構(gòu)的功能要求,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,能夠滿足功能要求,不能滿足功能要求,特定狀態(tài),結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)

16、到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)的狀態(tài),結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)規(guī)定限值時(shí)的狀態(tài),第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,4、正態(tài)分布概率密度曲線有三個(gè)數(shù)字特征 1）平均值 2）標(biāo)準(zhǔn)差 3）變異系數(shù),第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,4）正態(tài)分布的概念 正態(tài)分布的概率密度函數(shù)： 越大，曲線越扁平，隨機(jī)變量分布越分散。,5、結(jié)構(gòu)上的 “作用”,使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)(內(nèi)力、變形等)的各種原因的總稱,直接作用,間接作用,是指直接以力的不同集結(jié)形式（集中力或均布力）施加在結(jié)構(gòu)上的作用，通常也稱為荷載。,是指能夠引起結(jié)構(gòu)外加變形和約束變形，從而產(chǎn)生內(nèi)力效應(yīng)的各種原因。,第四節(jié)

17、路面結(jié)構(gòu)的可靠度,可變荷載 (活荷載),永久荷載 (恒荷載),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其作用量值隨時(shí)間而變化，其變化幅度與平均值相比不可忽略不計(jì)的荷載 。,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其作用量值不隨時(shí)間變化，或其變化幅度與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。,(隨時(shí)間的變異性分類) 荷載的分類,偶然荷載,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,6、作用與作用效應(yīng)的不確定性 恒載：材料密度變化，施工偏差引起構(gòu)件尺寸變化。 活載：大小和位置均變化（超載、減載）。 7、結(jié)構(gòu)抗力的不確定性 （1）結(jié)構(gòu)材料性能的變異性，是影響結(jié)構(gòu)抗力的

18、主要因素； （2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何參數(shù)的變異性； （3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力計(jì)算模式的不確定性。,8、結(jié)構(gòu)可靠性,引入結(jié)構(gòu)的功能函數(shù),則也服從正態(tài)分布，并有以下計(jì)算式子成立：,失效概率（用 表示）,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,即令,則,目標(biāo)可靠指標(biāo)（object）用 表示,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,越大，失效概率Pf就越小 越小，Pf就越大，結(jié)構(gòu)越不可靠。,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,9、可靠度的幾何解釋和計(jì)算方法 兩個(gè)正態(tài)變量R和S的標(biāo)準(zhǔn)差相等，則為平均值點(diǎn)到失效邊界上的最短距離。 當(dāng)極限狀態(tài)方程中包含多個(gè)正態(tài)分布隨機(jī)變量時(shí)，根據(jù)由兩個(gè)隨機(jī)變量情形得出的定義，此時(shí)求得可靠度指標(biāo)是新坐標(biāo)體系中原點(diǎn)到極限狀態(tài)

19、曲面的法線距離。 計(jì)算方法：MonteCarlo法、一次二階矩法、JC法等,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,10、水泥混凝土路面可靠度的定義 定義：在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在環(huán)境條件和荷載作用下，路面能夠發(fā)揮其預(yù)期功能的概率。 我國水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法：路面板的車輛荷載疲勞應(yīng)力及溫度疲勞應(yīng)力之和小于混凝土的極限抗折強(qiáng)度。 公式左邊三項(xiàng)分別代表：可靠度系數(shù)、荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力；右邊是水泥混凝土面板材料的極限抗折強(qiáng)度。,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,11、水泥混凝土路面可靠度的概念,第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)的可靠度,11、水泥混凝土路面可靠度的概念,可采用對數(shù)正態(tài)分布，其標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)見表16-10.,

20、可采用雙參數(shù)的威布爾分布，其關(guān)系如下式.,第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù),1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、目標(biāo)可靠度和目標(biāo)可靠度指標(biāo),第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù),2、材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的變異性范圍,第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù),3、對應(yīng)于目標(biāo)可靠度的可靠度系數(shù),第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù),4、交通分級指標(biāo),5、混凝土材料要求,第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù),6、墊層要求,第五節(jié) 水泥路面的設(shè)計(jì)參數(shù),7、溫度梯度,第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),1、水泥混凝土板,1）面板要求,第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),1、水泥混凝土板,2）厚度要求,第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),1、水泥混凝土板,3）面板構(gòu)造深度要求,1）基層要求：剛

21、度和穩(wěn)定性；厚度要求；基頂當(dāng)量回彈模量要求,第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),2、基層,2）基層類型要求：,3）基層厚度要求,第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),2、基層,土基：1）干濕類型保證；2）填料；3）密實(shí)、穩(wěn)定和均勻,第六節(jié) 水泥路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),3、墊層,4、路基,1、設(shè)計(jì)流程,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,2、荷載疲勞應(yīng)力分析,1）臨界荷位概念：最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞最大的位置-臨界荷位。2）臨界荷位位置：混凝土板的縱向邊緣中部,3）荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,考慮軸載累計(jì)作用次數(shù)的疲勞應(yīng)力系數(shù),第七節(jié)

22、 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,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,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,綜合系數(shù)kc,1）新建公路：規(guī)范中采用三層體系，按等彎曲剛度原則換算回彈模量和厚度將基層和底基層換算為單層，公式為：,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,3、基層頂面當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量,2）舊路加鋪：原有瀝青路面加鋪水泥混凝土路面時(shí),第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,3）路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù),4、溫度疲勞應(yīng)力,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,臨界荷位處的溫度應(yīng)力：,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,回歸系數(shù)a、b、c：,5、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,6、板的平面

23、尺寸 縱縫間距 板塊過寬易產(chǎn)生縱向斷裂，特別是在舊路加寬或半填半挖的路段上，一般不超過4.5m。 縱縫間距通常按車道寬度確定。 帶有路緣帶的高速公路和一級公路，板寬可按車道和路緣帶的寬度確定。 橫縫間距 橫縫間距大小直接影響板內(nèi)溫度應(yīng)力、接縫縫隙寬度和接縫傳荷能力。 一般取46m。 板越厚、基層頂面的回彈模量越小，橫縫間距可較大。,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,6、板的平面尺寸 板的平面形狀 混凝土路面板的平面尺寸盡可能接近正方形，以改善其受力狀況。一般將板寬和板長之比控制在1：1.3以內(nèi)。 7、接縫設(shè)計(jì) 水泥混凝土路面板的接縫分為：橫向縮縫、脹縫、橫向施工縫和縱縫四種。 接縫設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是確

24、定接縫的結(jié)構(gòu)、布置、間距。,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,公路自然區(qū)劃區(qū)擬新建一條二級公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬9m，經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為2100次，試設(shè)計(jì)該路面的厚度。,6、設(shè)計(jì)示例,交通分析,二級公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期查表為20年，其可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全等級查表為三級。臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)查表查表取0.39。取交通量年增長率為5。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)按公式計(jì)算。,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,初擬路面結(jié)構(gòu),相應(yīng)于安全等級三級的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、重交通等級和中級變異水平，初擬普通混凝土面層厚度為0

25、.22m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量5），厚0.18m。底基層為0.15m低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長5m。縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為不設(shè)傳力桿的假縫。 。,路面材料參數(shù)確定,取重交通等級的普通混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值查表為5.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值查參考值表為31GP 。 根據(jù)中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值表，取路基回彈模量為30MPa，根據(jù)底基層、基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值表，取低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土底基層回彈模量為600MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量為1300MPa。,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量,3）修正系數(shù)

26、確定,4）修正的荷載疲勞應(yīng)力,1）普通混凝土面層的剛度半徑,第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,荷載疲勞應(yīng)力,區(qū)最大溫度梯度查表取88（/m）。板長5m，L/r=5/0.67=7.46，由查圖得普通混凝土板厚h=0.22m，Bx0.71。按公式計(jì)算最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力：,計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù),計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力,溫度疲勞應(yīng)力參數(shù),第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,判斷結(jié)構(gòu)是否滿足要求,因而，所選普通混凝土面層厚度（0.22m）可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。,可靠度系數(shù),第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,二級公路的安全等級為三級，相應(yīng)于三級安全等級的變異水平等級為中級，目

27、標(biāo)可靠度為85。由查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，查表確定可靠度系數(shù)：,配筋設(shè)計(jì),自學(xué)！,加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第七節(jié) 我國水泥路面設(shè)計(jì)方法,國外水泥路面設(shè)計(jì)方法,AASHTO設(shè)計(jì)方法 美國波特蘭水泥協(xié)會(huì)（PCA）設(shè)計(jì)方法,1、公路技術(shù)狀況評定 公路技術(shù)狀況用公路技術(shù)狀況指數(shù)MQI和相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)表示，其值為0100； 公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn),第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,2、路基路面損壞類型 瀝青路面 11類21項(xiàng)龜裂、塊狀裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、破浪擁包、泛油、修補(bǔ)。 水泥混凝土路面 11類20項(xiàng)破碎板、裂縫、板角斷裂、錯(cuò)臺(tái)、唧泥、邊角剝落、接縫料損壞、坑洞、拱起、露骨、修

28、補(bǔ)。,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,2、路基路面損壞類型 路基損壞類型8類路基邊溝不潔、路肩損壞、邊坡崩塌、水毀沖溝、路基構(gòu)造物損壞、路緣石缺損、路基沉降、排水系統(tǒng)淤塞 砂石路面6類路拱不適、沉陷、波浪搓板、車轍、坑槽、露骨,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,3、公路技術(shù)狀況評價(jià) MQI評價(jià)系統(tǒng)如圖,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,MQI評價(jià)系統(tǒng)說明,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,4、路面破損檢測,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,5、路面平整度檢測,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,6、路面其它監(jiān)測,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,7、檢測頻率和要求,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評

29、價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,8、公路技術(shù)狀況評定,第八節(jié) 路面養(yǎng)護(hù)與評價(jià)方法,水泥混凝土路面碎石化 1）破碎工藝體系： Crack and Seat（打裂壓穩(wěn)）(JPCP) Break and Seat（打碎壓穩(wěn)） (JRCP) Rubblization(多頭式破碎設(shè)備、共振式破碎設(shè)備） (JPCP, JRCP, CRCP) 2）工藝特點(diǎn)： 破碎程度不同（碎石化破碎程度最高）； 適應(yīng)的路況不同（碎石化能適應(yīng)病害更嚴(yán)重的路況）； 消除反射裂縫可能性的程度不同（碎石化能