1、第十六章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì),2,2020/9/24,第一節(jié) 概述,設(shè)計(jì)理論 彈性地基上的小撓度薄板理論 水泥混凝土路面破壞的力學(xué)分析 荷載的疲勞應(yīng)力 溫度翹曲應(yīng)力 不均勻的基礎(chǔ)變形使板底脫空而產(chǎn)生過大的彎拉應(yīng)力 水泥路面的破壞型式：斷裂、唧泥、錯(cuò)臺(tái)、拱起、接縫擠碎等 設(shè)計(jì)要求：荷載疲勞應(yīng)力溫度翹曲應(yīng)力不超過混凝土的抗彎拉強(qiáng)度即,3,2020/9/24,水泥混凝土路面設(shè)計(jì)內(nèi)容,路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì) 混凝土面板厚度設(shè)計(jì) 混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì) 路肩設(shè)計(jì) 路面排水設(shè)計(jì) 普通混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì),4,2020/9/24,第二節(jié) 彈性地基板體系理論概述,小撓度彈性薄板的基本假設(shè) 薄板全厚度

2、范圍內(nèi)的所有各點(diǎn)具有相同的豎向位移。 板內(nèi)無橫向剪切應(yīng)變。 中性面上各點(diǎn)無平行于中面的位移。 在變形過程中，板與地基的接觸面始終吻合，即板面與地基表面的豎向位移是相同的。 在板與地基的兩接觸面之間沒有摩阻力（可以自由滑動(dòng)），即接觸面上的剪應(yīng)力視為零。,5,2020/9/24,2.板撓曲面微分方程,6,2020/9/24,板撓曲面微分方程,由力的平衡方程得：,P板表面豎向荷載,q地基對(duì)板底面豎向反力,7,2020/9/24,板中心撓曲面微分方程求解,由上式p、q、w、D知， P、D已知，如求得 的關(guān)系 ，則可求出W. 進(jìn)而可求出板應(yīng)力,8,2020/9/24,兩種地基模型： 文克勒地基模型q(x

3、,y)=kW(x,y) 彈性半空間地基模型 q(x,y)=fW(x,y),9,2020/9/24,板內(nèi)應(yīng)力求解,10,2020/9/24,第三節(jié) 水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析,文克勒地基板的荷載應(yīng)力分析無限大板 文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y) 威斯特卡德(H.M.S.Westergaard)求出三種荷位下無限大板的撓度、彎矩和板底的最大彎拉應(yīng)力,11,2020/9/24,第三節(jié) 水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析,彈性半空間體地基板的荷載應(yīng)力分析 彈性半空間體地基q(x,y)=fW(x,y) 無限大板解析解 有限尺寸矩形板 無解析解 可得到有限元解,12,2020/9/24,第四節(jié) 水泥混凝

4、土路面溫度應(yīng)力分析,脹縮應(yīng)力 混凝土面板設(shè)接縫劃分為有限尺寸板后，因收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可不予考慮。 翹曲應(yīng)力 氣溫升降，板頂和板底產(chǎn)生溫差，使板產(chǎn)生翹曲變形。 翹曲應(yīng)力公式（式1637、式1638）,氣溫升高時(shí),氣溫降低時(shí),13,2020/9/24,第五節(jié) 水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)依據(jù)結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法 可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),14,2020/9/24,2.變異系數(shù)范圍,15,2020/9/24,3.可靠度設(shè)計(jì)表達(dá)式,水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式為：,式中： 可靠度系數(shù)，依所選目標(biāo)可靠度及變異水平等級(jí)確定； 行車荷載疲勞應(yīng)力（

5、MPa)，計(jì)算方法見后； 溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa),計(jì)算方法見后； 水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa).,16,2020/9/24,可靠度系數(shù),17,2020/9/24,混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,水泥混凝土的強(qiáng)度以28天齡期的彎拉強(qiáng)度控制。當(dāng)混凝土澆筑后90天內(nèi)不開放交通時(shí)，可采用90天齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通等級(jí)要求的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于下表的規(guī)定：,18,2020/9/24,二、設(shè)計(jì)參數(shù),標(biāo)準(zhǔn)軸載：100KN的單軸雙輪組荷載 軸載換算：不同軸輪型和軸載的作用次數(shù)按下式換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)(P436式16-1)： 交通分級(jí),19,2020/9/24,20,2020/9/24,4.設(shè)計(jì)

6、基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù),21,2020/9/24,車輪輪跡橫向分布系數(shù),22,2020/9/24,5.水泥混凝土面層厚度的參考范圍,23,2020/9/24,三、混凝土板荷載疲勞應(yīng)力分析,臨界荷位：選取混凝土板的縱向邊緣中部作為產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷位。,縱縫,24,2020/9/24,2.標(biāo)準(zhǔn)軸載 在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力,標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa）,考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù),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),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),標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（MPa）,25,2020/9/24,四、溫度疲勞應(yīng)力分析,在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力：,最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力（MPa）,考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù),26,2020/9/24,五、混凝土板厚度計(jì)算流程,路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)依據(jù)，進(jìn)行行車道路面結(jié)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)，即初擬路面結(jié)構(gòu)，包括路床、墊層、基層和面層的材料類型和厚度。 初選混凝土路面層厚度 按混凝土面層厚度建議范圍，依據(jù)交通等級(jí)、公路等級(jí)和所選變異水平等級(jí)初選混凝