路基路面水泥混凝土路面設(shè)計

1、路基路面工程.下頁路基路面工程.路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.()MpafaMparprtrrrprtrf 可靠度系數(shù)行車荷載疲勞應(yīng)力溫度梯度疲勞應(yīng)力水泥混凝土彎拉強度指標路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.30.4350.2280.222.22 101.07 10-2.24 101iiiiiiiiPPP單

2、軸單輪組雙輪雙輪組軸 輪型系數(shù)三軸兩輪組單軸雙輪組路基路面工程.上級 上頁 下頁365 1)1(NrtrseggN路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.路基路面工程.中面路基路面工程.0zxzy路基路面工程.000zzuv0,( , )zx yx即0,zxzyuvzxzy 即12( , )( , )uzf x yxvzfx yy 1()1()2(1)xxyyyxxyEEExy路基路面工程.yy微分單元應(yīng)力路基路面工程.00|0zzuv12( , )0( , )0f x yfx yuzxvzy 222222xyuwzxxvwzyyvuwxyx y xy路基路面工程.2(1)xyExy222

3、22222222()1()11xyxyEzwwxyEzwwyxEzwx y 路基路面工程.2222/2/2222222/2/22222/2/2222222/2/222/2/22/2/2()()1()()1(1)1hhxxhhhhxyhhhhxyxyxyhhEwwwwMzdzz dzDxyxyEwwwwMzdzz dzDyxyxEwwMzdzz dzDx y x y/22/2/22/2hxxzhhyyzhQdxDwxQdyDwy 3212(1)EhD板的彎曲剛度路基路面工程.33322322321212126()46()412 () (1)2xxyyxyxyyxxxzyyzzMzhMzhMzhQ

4、hzhQhzhzzqhh 路基路面工程.222666xxyyxyxyyxMzhMzhMh路基路面工程.00 xyMMMM(11)MMyxxxyyxyQxyQyx路基路面工程.xyy路基路面工程.QQ0(12)yxqxy2222220(13)xyyxMMMqxx yy 4444224(2)(14)wwwDqxxyy22Dwq 或?qū)懗陕坊访婀こ?22222222221:xyxr r 式中拉普拉斯算子柱坐標3212(1)ccE hDccE，22Dwpq ,xyxy ,xyxyMMM路基路面工程.文克勒地基假設(shè)彈性半空間體地基假設(shè)路基路面工程. 路基路面工程.2R路基路面工程.221.1(1)(lg

5、0.2673)8icilPRhPlwD相應(yīng)位移：3442l12(1)ccE hDlRK板的相應(yīng)剛性半徑222.116(1 0.54)(lg0.08975)1(1 0.4 )6ecelPRhPwKl相應(yīng)位移：路基路面工程.0.61112223 1 ()222(1.1 0.88)ccRPRxllhRPwlkl相應(yīng)位移：路基路面工程.zhhRb675. 06 . 122路基路面工程.20.316(4lg0.633)ilPbh20.316(4lg0.178)tlPbh路基路面工程.2212.116(10.54)(lglg)42.540.572(4lglg )()ecelRPRhlPbLlbh或 路基路

6、面工程.1.2223 1 ()cRPlh2Pch ecieci路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.200002(1)( )( )()w rqJr dE22( )( )( )Dw rp rq r 2222() ( )1() ( )crtcddMDw rdrr drddMDw rr drdr 130(1)()21crtPtJrtMMdtt路基路面工程.上級 上頁 下頁PMCPMMctr0R 212003322006(1)12 (1)(1)ccEEDhE路基路面工程.上級 上頁 下頁tctrcrMPPBAMMPPABM)()(路基路面工程.BR101133322hREESBcssc路基路面工程

7、.上級 上頁 下頁22sincostrxMMM22cossintryMMM路基路面工程.上級 上頁 下頁22sincostrxMMM22cossintryMMM) sin cos(42323201ttrrxMMMMMMMMMMMMytrtr(sincos)01232324 路基路面工程.上級 上頁 下頁u對于彈性半空間體地基上有限尺寸矩形板的板中、板邊和對于彈性半空間體地基上有限尺寸矩形板的板中、板邊和板角作用車輪荷載時，求解相應(yīng)位置的撓度和彎矩在數(shù)學(xué)板角作用車輪荷載時，求解相應(yīng)位置的撓度和彎矩在數(shù)學(xué)上遇到很大困難。而有限元方法是結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)應(yīng)力分上遇到很大困難。而有限元方法是結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)

8、應(yīng)力分析中的一種較有效的計算方法。析中的一種較有效的計算方法。u現(xiàn)行現(xiàn)行公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 用用有限元法分析了荷載作用下板的極限應(yīng)力值，由此給出了有限元法分析了荷載作用下板的極限應(yīng)力值，由此給出了應(yīng)力計算諾謨圖。應(yīng)力計算諾謨圖。 以彈性半空間地基上的剪板理論為力學(xué)模型，用有限元方法以彈性半空間地基上的剪板理論為力學(xué)模型，用有限元方法計算載荷應(yīng)力和疲勞強度設(shè)計法計算載荷應(yīng)力和疲勞強度設(shè)計法 路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁tEcx路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上

9、級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁1. 文克勒地基有限尺寸板文克勒地基有限尺寸板 假設(shè)假設(shè)：溫度沿板斷面呈直線變化；板和地基始終保持接觸；不計板自重。：溫度沿板斷面呈直線變化；板和地基始終保持接觸；不計板自重。沿板長（沿板長（L）和板寬（）和板寬（B）方向的翹曲應(yīng)力分別為：）方向的翹曲應(yīng)力分別為： 212cycxcxCCtE212cxcycyCCtE在板邊緣中點：在板邊緣中點： xcxCtE2式中式中t為板頂面與板底面的溫度差（為板頂面與板底面的溫度差（）,通常表示為板的溫度梯度乘通常表示為板的溫度梯度乘以板厚，即：以板厚，即：hTtg路基路面工程.上級 上頁 下頁2. 彈性半空間體

10、地基有限尺寸板彈性半空間體地基有限尺寸板 彈性半空間體地基上板的翹曲應(yīng)力，目前尚無解析解，可采用有限元法彈性半空間體地基上板的翹曲應(yīng)力，目前尚無解析解，可采用有限元法計算板內(nèi)翹曲應(yīng)力。根據(jù)計算結(jié)果，繪出圖計算板內(nèi)翹曲應(yīng)力。根據(jù)計算結(jié)果，繪出圖16-12中的曲線中的曲線1和和2。三、考慮內(nèi)應(yīng)力的溫度翹曲應(yīng)力三、考慮內(nèi)應(yīng)力的溫度翹曲應(yīng)力對于對于較厚的板較厚的板，采用溫度沿板斷面呈直線分布的假設(shè)，即按板頂和板底的，采用溫度沿板斷面呈直線分布的假設(shè)，即按板頂和板底的溫度差確定的溫度梯度計算的溫度翹曲應(yīng)力，會得到溫度差確定的溫度梯度計算的溫度翹曲應(yīng)力，會得到偏大的溫度翹曲應(yīng)力偏大的溫度翹曲應(yīng)力值。為此，

11、應(yīng)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)力考慮由于溫度的非線性分布而引起的內(nèi)應(yīng)力。將內(nèi)應(yīng)力。將內(nèi)應(yīng)力同翹同翹曲應(yīng)力相疊加后曲應(yīng)力相疊加后，使得到考慮內(nèi)應(yīng)力的翹曲應(yīng)力，使得到考慮內(nèi)應(yīng)力的翹曲應(yīng)力計算式計算式為：為： 板中部：板中部： xccxDtE)1 (22板邊緣中點：板邊緣中點： xcxDtE2式中式中Dx為溫度應(yīng)力系數(shù)：為溫度應(yīng)力系數(shù)：)1 (154. 008. 20448. 0 xhxxCeCD若為若為板中部板中部則則Cx取取 cycxCC1若為若為板邊緣中點板邊緣中點則則Cx取取Cx 路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁水泥混凝土路面設(shè)計可靠度指標水泥

12、混凝土路面設(shè)計可靠度指標路基路面工程.上級 上頁 下頁變異系數(shù)變換范圍變異系數(shù)變換范圍路基路面工程.上級 上頁 下頁可靠度系數(shù)范圍可靠度系數(shù)范圍路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁其它面層類型選擇其它面層類型選擇路基路面工程.上級 上頁 下頁面層厚度參考范圍面層厚度參考范圍路基路面工程.上級 上頁 下頁面層構(gòu)造深度要求面層構(gòu)造深度要求/mm路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁各類基層厚度的適宜范圍各類基層厚度的適宜范圍 路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.上級 上頁 下頁路基路面

13、工程.上級 上頁 下頁路基路面工程.rtrprrf)(路基路面工程.上級 上頁 下頁一、荷載疲勞應(yīng)力一、荷載疲勞應(yīng)力 軸載在混凝土面層內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，軸載在混凝土面層內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，采用采用半無限大地基上彈性小撓度半無限大地基上彈性小撓度薄板的力學(xué)模型和有限元法薄板的力學(xué)模型和有限元法進行進行分析計算。分析計算。 臨界荷位：是指使路面產(chǎn)臨界荷位：是指使路面產(chǎn)生最大綜合疲勞損傷的荷生最大綜合疲勞損傷的荷載作用位置。載作用位置。路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.綜合系數(shù)綜合系數(shù)kc 路基路面工程.上級 上頁 下頁5 基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量 換算

14、目的換算目的：混凝土面層板下的基礎(chǔ)包括路基、基層（墊層），其整體路：混凝土面層板下的基礎(chǔ)包括路基、基層（墊層），其整體路面結(jié)構(gòu)為面結(jié)構(gòu)為彈性多層體系彈性多層體系。分析板內(nèi)荷載應(yīng)力時，應(yīng)將其。分析板內(nèi)荷載應(yīng)力時，應(yīng)將其換算為半無限體換算為半無限體，以基層頂面的當量回彈模量作為半無限地基的模量值。以基層頂面的當量回彈模量作為半無限地基的模量值。 ） 新建公路的基層頂面模量值新建公路的基層頂面模量值 查圖方法：由查圖方法：由E1/E0的比值，作豎線垂直向上交于的比值，作豎線垂直向上交于h1后，據(jù)此作水平線后，據(jù)此作水平線得到得到Et/E0的比值，即得到當量回彈模量的比值，即得到當量回彈模量Et1。上

15、述方法得到墊層頂面的。上述方法得到墊層頂面的當量回彈模量后，把它當作勻質(zhì)體，再重復(fù)上述步驟確定基層頂面的當當量回彈模量后，把它當作勻質(zhì)體，再重復(fù)上述步驟確定基層頂面的當量回彈模量值量回彈模量值Et。 路基路面工程.122311222212bxtxoxoEh Eh EEah EEEhh1312xxxDhE1233121 1221 12211124xhhE hE hDE hE h路基路面工程.上級 上頁 下頁） 原有路面的頂面當量回彈模量值原有路面的頂面當量回彈模量值 應(yīng)通過應(yīng)通過承載板試驗承載板試驗或或彎沉測定法彎沉測定法確定原有路面頂面的當量回確定原有路面頂面的當量回彈模量彈模量Et。 路基路

16、面工程.上級 上頁 下頁6 水泥混凝土的設(shè)計強度與彎拉彈性模量水泥混凝土的設(shè)計強度與彎拉彈性模量 路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.表表.1可靠度設(shè)計標準可靠度設(shè)計標準路基路面工程.路基路面工程.年平均增長率為%5rg路基路面工程.路基路面工程.表表 3.0.5 交通分級交通分級查表3.0.5可知，屬重交通路基路面工程.路基路面工程.表表.1可靠度設(shè)計標準可靠度設(shè)計標準路基路面工程.表表 4.4.6 水泥混凝土面層厚度的參考范圍水泥混凝土面層厚度的參考范圍路基路面工程.表

17、表 4.4.6 水泥混凝土面層厚度的參考范圍水泥混凝土面層厚度的參考范圍路基路面工程.取面層厚度為22cm（2225）/2=23.5路基路面工程.4 43 3 基層基層4 43 31 1 基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。4 43 32 2 基層類型宜依照交通等級按表4.3.2選用。混凝土預(yù)制塊面層應(yīng)采用水泥穩(wěn)定粒料基層。 表表 4.3.2 4.3.2 適宜各交通等級的基層類型適宜各交通等級的基層類型路基路面工程.表表 4.3.5 4.3.5 各類基層厚度的適宜范圍各類基層厚度的適宜范圍路基路面工程.取基層為水泥穩(wěn)定粒料類（5%水泥用量），厚18cm。路基路面工程.4.2 4.2 墊層墊

18、層4 42 21 1遇有下述情況時，需在層基下設(shè)置墊層： 季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度小于最小防凍厚度要求（表3.0.7）時，其差值應(yīng)以墊層厚度補足； 水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土濕度較大時，宜設(shè)置排水墊層； 路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變形時，可加設(shè)半剛性墊層。4 42 22 2 墊層的寬應(yīng)與路基同寬，其最小厚度為150mm。4 42 23 3 防凍墊層和排水墊宜采用砂、砂礫等顆粒材料。半剛性墊層可采用低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土。路基路面工程.取墊層為0.15m低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土路基路面工程. 4 44 43 3 普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層板一般采用矩形

19、。其縱向和橫向接縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯位。4 44 44 4 縱向接縫的間距按路面寬度在3.04.5m范圍內(nèi)確定。碾壓混凝土、鋼纖維混凝土面層在全幅攤鋪時，可不設(shè)縱向縮縫。4 44 45 5 橫向接縫的間距按面層類型和厚度選定： 普通混凝土面層一般為46m，面層板的長寬不宜超過1.30，平面尺寸不宜大于25m2； 碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般為610m； 鋼筋混凝土面層一般為615m。路基路面工程. 根據(jù)已知條件：路面寬9.0m，普通混凝土板寬4.5m，長度取5.0m。長寬比為：1.11，小于1.3，符合要求。 縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。路基路面工程.3 路面

20、材料參數(shù)確定路基路面工程. 表表3.0.6 3.0.6 混凝土彎拉強度標準值混凝土彎拉強度標準值路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.4 荷載疲勞應(yīng)力路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.4 溫度疲勞應(yīng)力路基路面工程. 3 30 08 8 水泥混凝土面層的最大溫度梯度標準值Tg ，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按表3.0.8 選用。 表表3.0.8 最大溫度梯度標準值最大溫度梯度

21、標準值Tg注：海拔高時，取高值；濕度大時，取低值。路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.表表.1可靠度設(shè)計標準可靠度設(shè)計標準路基路面工程.表表 3.0.3 3.0.3 可靠度系數(shù)可靠度系數(shù)注：變異系數(shù)在表注：變異系數(shù)在表3 .0 .2所示的變化范圍的下限時，可靠度系數(shù)取低值；上限時，取高值。所示的變化范圍的下限時，可靠度系數(shù)取低值；上限時，取高值。 路基路面工程.路基路面工程. 3 30 03 3 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計的極限狀態(tài)，其表達式采用式（3 .0 .3）。 （3 .0 .3）rtrprrf)(路基路面工程.式中： 可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標可靠度及變異水平等級按表3 .0 3確定；p r行車荷載疲勞應(yīng)力（Mpa），計算方法見附錄B.1；t r溫度梯度疲勞應(yīng)力（Mpa），計算方法見符錄B.2；fr水泥混凝土彎拉強度標準值（Mpa），見3. 0. 6條。r路基路面工程.路基路面工程.路基路面工程.斷板率平均錯臺量jk100%ulww路面損壞狀況分級標準路基路面工程.0.22203.60 24.0315.6303006009000100wSItEewwwwSIw0w300